地球的確在轉(zhuǎn)動(dòng)

李劍龍

你見過大小相差幾十倍的“大火星”和“小火星”、“大金星”和“小金星”嗎？你見過金星也有和月亮圓缺相似的盈虧現(xiàn)象嗎？能得出這樣一些怪異的推論來，可見哥白尼的“日心說”是多么的荒謬……

但是伽利略說，不是你感覺荒謬的就一定荒謬。人類的視力限制了感知，讓我們對(duì)遙遠(yuǎn)的事物無法看得很真切，但有了望遠(yuǎn)鏡，我們便可以明明白白地看到：火星、金星等行星在距離我們最遠(yuǎn)和最近的地方看起來的大小真的相差幾十倍，而金星也真的有盈虧現(xiàn)象，跟預(yù)測(cè)的一模一樣！

事實(shí)勝于雄辯，伽利略的天文發(fā)現(xiàn)，為哥白尼的“日心說”提供了有力的證據(jù)，相信地球繞著太陽轉(zhuǎn)的人越來越多了。

當(dāng)然，當(dāng)時(shí)代表著“宇宙真理”的天主教會(huì)絕不肯相信人類就這樣被一腳踢出了宇宙的中心，他們命令伽利略不許支持和宣傳“日心說”，據(jù)說伽利略拿到判決書的時(shí)候，曾喃喃自語道：“可是地球的確是在轉(zhuǎn)動(dòng)的?。　?/p>

不過，“地球在動(dòng)”在那個(gè)時(shí)候其實(shí)還沒有得到最終證明。固執(zhí)地堅(jiān)持“地心說”的亞粉（亞里士多德的粉絲）說：雖然你伽利略提供的天文學(xué)證據(jù)看起來好像是蠻有說服力的，但要讓我真正相信地球并非靜止，你還得回答我兩個(gè)問題：

1.假設(shè)從高塔上垂直地扔下一塊石頭，如果地球是在自轉(zhuǎn)的話，那么在石頭下落的過程中，地面已經(jīng)向東運(yùn)動(dòng)了一段距離，所以石頭應(yīng)該落在比垂直落點(diǎn)靠西一點(diǎn)的地方，但是實(shí)際上我們?yōu)槭裁礇]有發(fā)現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？

2.當(dāng)我們坐在一輛行駛中的車上時(shí)，會(huì)觀察到遠(yuǎn)處的山啊樹啊房子啊的位置在發(fā)生變化（視差）。如果地球果真是在圍繞太陽公轉(zhuǎn)的話，一年當(dāng)中它帶著我們走過那么遠(yuǎn)的距離，為什么觀察恒星的位置，卻始終發(fā)現(xiàn)不了任何視差呢？

面對(duì)第一個(gè)質(zhì)疑，伽利略耍了一個(gè)“小花招”。他說：好像是哦，就像我們?cè)谝凰彝Ｖ粍?dòng)的船上，從桅桿頂上扔塊石頭下來，石頭肯定垂直落在桅桿腳下，但如果船是在勻速開動(dòng)的，石頭下落的過程中船又往前航行了一段路程，所以石頭就會(huì)掉在靠后一點(diǎn)的位置，各位先生們應(yīng)該都見過這種現(xiàn)象吧？

亞粉們一聽，興高采烈地說，是啊是啊！他們不知道，自己已經(jīng)掉進(jìn)了伽利略給他們挖的一個(gè)大坑。伽利略告訴他們：你們?nèi)鲋e了，其實(shí)不可能有人見過這種現(xiàn)象，只要去做個(gè)實(shí)驗(yàn)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，無論這船是靜止還是勻速運(yùn)動(dòng)，桅桿上掉落的石頭都會(huì)筆直地落在桅桿腳下，沒有任何分別。所以單憑著在高塔上扔石頭，是無法判斷地球究竟是靜止的還是運(yùn)動(dòng)的。

而對(duì)于第二個(gè)質(zhì)疑，伽利略認(rèn)為，那是因?yàn)楹阈请x我們實(shí)在太遙遠(yuǎn)了，比時(shí)下各位先生們想象的要遙遠(yuǎn)得多，而地球帶著我們繞太陽公轉(zhuǎn)所運(yùn)行過的這點(diǎn)距離與之相比微不足道，所以這種恒星視差也會(huì)非常非常的小，小到難以被我們觀察到。但他同時(shí)相信，只要地球的確是在公轉(zhuǎn)的，那么將來如果有人借助于更為精密的儀器，就應(yīng)該能觀察到這種視差——就像有了望遠(yuǎn)鏡，以前誰都沒見過的金星的圓缺變化不是也被看到了么！

在伽利略去世近200年后的1837年，德國(guó)天文學(xué)家貝塞爾經(jīng)過非常耐心的觀測(cè)，終于發(fā)現(xiàn)了一顆恒星（天鵝座61）極為微小的視差——有多小呢？0.31角秒，就相當(dāng)于把一枚5分硬幣放在16公里以外的地方觀看時(shí)的視角！伽利略的預(yù)測(cè)得到了完全的證實(shí)，也最終證明地球確實(shí)在公轉(zhuǎn)。

到了1851年，地球的自轉(zhuǎn)也被法國(guó)物理學(xué)家傅科用一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)最終證實(shí)了。這個(gè)實(shí)驗(yàn)就是著名的“傅科擺”。

想想看，當(dāng)人類的雙腳還被牢牢地束縛在地面上，別說人造衛(wèi)星、飛船，連飛機(jī)都還沒被發(fā)明出來的時(shí)候，就已經(jīng)能夠?qū)ξ覀冞@個(gè)星系的基本樣貌有了相當(dāng)正確的了解，這是多么奇妙而偉大的事！

讓我們來小結(jié)一下吧：觀察現(xiàn)象→提出假說→做出可供檢驗(yàn)的預(yù)測(cè)→通過觀測(cè)或?qū)嶒?yàn)對(duì)預(yù)測(cè)進(jìn)行檢驗(yàn)，這就是伽利略的科學(xué)方法，也是今天絕大部分科學(xué)家所使用的方法，是我們認(rèn)識(shí)世界、判別對(duì)與錯(cuò)的靠譜方法。

現(xiàn)在人們談到伽利略，往往會(huì)將“實(shí)驗(yàn)”跟他聯(lián)系在一起，有些故事書上干脆就把伽利略描述為一個(gè)從小就愛“親自試一試”的好少年，大概是因?yàn)槟莻€(gè)“兩個(gè)鐵球同時(shí)落地”的故事太深入人心了吧。事實(shí)上，伽利略并沒有在比薩斜塔上做過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，而且做實(shí)驗(yàn)也并非伽利略的“獨(dú)門秘笈”，就連亞里士多德老師也是做過實(shí)驗(yàn)的（他做過動(dòng)物解剖），但是后人仍將伽利略奉為“實(shí)驗(yàn)科學(xué)的開創(chuàng)者”。這主要是因?yàn)?，伽利略首先將?shù)學(xué)和實(shí)驗(yàn)這兩種方法結(jié)合了起來。

數(shù)學(xué)！當(dāng)這個(gè)詞出現(xiàn)的時(shí)候，是不是就已經(jīng)有一大波讀者頓時(shí)失去了繼續(xù)閱讀下去的興趣（或者說勇氣）？我十分理解各位同學(xué)對(duì)數(shù)學(xué)的恐懼，但是請(qǐng)堅(jiān)持一下，接下來的故事，我保證盡量講得不那么“數(shù)學(xué)”。

伽利略曾說，大自然這本書是用數(shù)學(xué)語言來書寫的。比如對(duì)于亞里士多德關(guān)于落體速度的理論，伽利略就是從數(shù)量關(guān)系上感覺出好像有哪里不對(duì)勁。亞老師說，物體越重，下落得越快，所以，物體的下落速度與它的質(zhì)量是成比例的。這個(gè)理論看上去非常符合人們的日常經(jīng)驗(yàn)，所以兩千年來幾乎無人懷疑。

但是伽利略敏銳地想到，假如亞老師是對(duì)的，那么同時(shí)在同一高度（比如說10米吧）扔下一只10磅重的大鐵球和一只1磅重的小木球，當(dāng)大鐵球嘭的一聲落到地面上時(shí)，小木球應(yīng)該只落了1/10的距離（也就是才落到離地面還有9米的地方）——這，真的沒問題嗎？

我們剛剛說過，歷史上伽利略并沒有在比薩斜塔上做過落體實(shí)驗(yàn)，但是與伽利略同時(shí)代的其他人卻真的這么做過，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是——大鐵球率先落地！哇，看啊，看啊，真的是物體越重下落越快耶，亞老師萬歲！可是等一下，伽利略表示，雖然小木球落地是稍慢了一點(diǎn)，但只慢了非常小的一點(diǎn)點(diǎn)啊，按亞老師的說法不是應(yīng)該相差10倍才對(duì)嗎？

亞粉們才不管這個(gè)“誤差”：那又怎樣，反正大家看到的是大鐵球先落地！但在伽利略看來，如果僅僅是描述快或慢，而不去計(jì)算快多少慢多少，就無法發(fā)現(xiàn)真正的規(guī)律，比如很多人都觀察到物體下落的時(shí)候不是勻速而是越來越快的，但如果僅限于此，而不去研究它具體是怎么樣加速的，那么又有什么意義呢？

伽利略開始著手研究自由落體的“秘密”。他并不急著扔鐵球，而是先拿出紙和筆來寫寫畫畫，用幾何學(xué)的方法進(jìn)行一番演算（為了不被討厭的數(shù)學(xué)打斷我們的閱讀，此處省略推導(dǎo)過程，雖然這個(gè)推導(dǎo)過程其實(shí)蠻簡(jiǎn)單的），計(jì)算的結(jié)果表明：一個(gè)從靜止?fàn)顟B(tài)開始自由下落的物體，其下落距離與下落時(shí)間的平方成正比。簡(jiǎn)單地說，如果下落開始一秒鐘后通過的距離是1，兩秒鐘后就是4，三秒鐘后就是9，四秒鐘后就是16……依此類推。

接下來，當(dāng)然少不了做個(gè)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證。這就是今天全世界的中學(xué)物理課本里都會(huì)講到的“斜面實(shí)驗(yàn)”。伽利略重復(fù)做了許多次實(shí)驗(yàn)，用不同的小球，以不同的斜度……實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，與用幾何方法推算出的規(guī)律吻合得相當(dāng)好，同時(shí)也證明，物體下落的速度與它的輕重沒有關(guān)系！之前提到的那個(gè)實(shí)驗(yàn)中大鐵球和小木球之所以沒有同時(shí)落地，只是因?yàn)榭諝庾枇υ趽v亂。

1971年，阿波羅15號(hào)的宇航員斯科特在沒有空氣的月球上做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，他一手拿著一把錘子，一手拿著一根羽毛，然后同時(shí)松手，當(dāng)錘子和羽毛以同樣的速度下落并同時(shí)落在月面上時(shí)，斯科特對(duì)全世界收看電視直播的觀眾說了句：我們證明，伽利略先生是對(duì)的。

這個(gè)故事同時(shí)也告訴我們，即便是做實(shí)驗(yàn)，如果考慮得不周全，設(shè)計(jì)得不嚴(yán)謹(jǐn)，或者操作得不得當(dāng)，都有可能出現(xiàn)欺騙我們的假象。

比如，小明聲稱他有一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)：某品牌的冰淇淋可以治療感冒！他說這可不是在胡說哦，不信我們可以試一試。于是他讓不巧剛剛得了感冒的小紅每天吃一盒這個(gè)品牌的冰淇淋，6天以后，小紅的病情果然大為好轉(zhuǎn)。還不信？小剛正好也感冒了，讓他也如法炮制試一試，果不其然，7天以后小剛也痊愈了。面對(duì)“鐵一般的事實(shí)”，你還不相信嗎？

相信聰明的同學(xué)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了其中的“奧妙”。實(shí)際上，感冒是一種由病毒引起的“自限性疾病”，也就是說即便你壓根不去管它，它自己也會(huì)痊愈的，所以“冰淇淋治感冒”只是一個(gè)假象而已。

我們可以把這個(gè)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)一下：去找若干個(gè)剛剛得了感冒的人，把他們隨機(jī)地分成兩組，A組成員按小明的方法每天吃一盒冰淇淋，B組成員則不吃，其余條件都一樣。等六七天以后分別去統(tǒng)計(jì)一下A、B兩組人明顯好轉(zhuǎn)或者已經(jīng)痊愈的比例，如果兩組的比例沒有明顯差別，則不能證明該冰淇淋對(duì)感冒有治療作用。把這個(gè)實(shí)驗(yàn)多做幾次，如果結(jié)果都差不多，那么……我們就忘了小明的“理論”吧。

在伽利略老爺子誕辰450周年的時(shí)候，我們和他進(jìn)行了這樣一場(chǎng)穿越時(shí)空的思想交流，你分辨對(duì)與錯(cuò)、真與假的能力有沒有提高一些呀？現(xiàn)在，留一道思考題給你，請(qǐng)你也來做一回“神探伽利略”吧：

最近，小明再次聲稱他又有了一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)（神奇的小明?。耗称放频谋苛芩坪蹙哂心撤N非常詭異的“神秘力量”，買這種冰淇淋的人越多，溺水的人就越多！你不信？小明拿出兩份真實(shí)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)給你看，一份是去年該品牌冰淇淋在全國(guó)范圍內(nèi)的銷售量按月分布曲線，另一份是去年全國(guó)范圍內(nèi)溺水者人數(shù)按月分布曲線，兩份的趨勢(shì)變化看起來果然非常相似——每當(dāng)該冰淇淋銷量上升的時(shí)候，就會(huì)有更多人溺水！你覺得是巧合？只見小明又拿出前年、大前年、大大前年……的統(tǒng)計(jì)資料，都表現(xiàn)出了相似的規(guī)律。小明自信地預(yù)測(cè)，今年的情況也會(huì)差不多。這到底是怎么回事呢？

（全文完）