鸡毛与石块哪个下落得更快?

鸡毛与石块哪个下落得更快?

鸡毛与石块哪个下落得更快的问题,已经争论了2000多年,不仅没有了结,而且越来越离奇古怪。

公元前四世纪希腊哲学家亚里士多德认为:重的物体下落快,轻的物体下落慢。如果让鸡毛与石块同时下落,石块落地快,鸡毛落地慢。在近2000年的时间里,亚里土多德被看作是绝对权威。第一个向亚里士多德挑战的是意大利物理学家伽利略(公元1564~1642年)。他巧妙地提出:如果把一个重物与一个轻物绑在一起,结果怎样呢?这一问正好点着了亚里士多德的漏洞。重物下落快,轻的物体下落慢,轻重两物绑在一起,快的变慢些,慢的变快些。按照亚里士多德的观点,其下落速度应比重的慢而比轻的快,轻物与重物绑在一起,下落速度不快也不慢。另一方面,按照亚里士多德的观点,重物下落快,那么轻物与重物绑在一起,比重物还要重,下落速度应该最快。伽利略指出了这一理论的矛盾,也触怒了许多学者、教授。纷纷要他拿出证据。于是产生了流传广泛的有名的斜塔实验故事。

伽利略是比萨人,比萨有座著名的塔,建于1173年,塔高179英尺,由于塔基问题,塔身发生倾斜,那正是理想的实验场所。伽利略为了证明他的论断,邀请了许多人到斜塔旁观看,有他的支持者,也有他的反对者。伽利略一手拿着一磅重的铅球,另一手拿着10磅重的铅球,一步一步登上斜塔。那些亚里士多德派的学者发出“嘘嘘”的嘲笑声,准备看他“失败”的实验。伽利略到了塔顶,向下面的人群叫喊着:现在请各位注意!随即一松手,两只铅球笔直自由下落。“啪”地一声,两个重量不等的铅球同时落地。伽利略胜利了。

这段活灵活现的描写,事出有因,查无实据。翻遍所有的伽利略的著作以及有关文献,都没有这方面的记载。但是,在1638年出版的伽利略的«两种新科学的对话»一书中,确实把亚里土多德驳倒了。书中伽利略以萨尔维阿蒂的身份出现,而以辛晋利邱代表亚里士多德的观点。

萨尔维阿蒂:“如果把两个自然速率不同的物体连在一起,那么落得快的物体会被落得慢的物体拖着而减速,慢的物体会被快的物体拖着而加速。你同意这个结论。”

辛普利邱:“没有疑问,你说得对。”

萨尔维阿蒂:“但是,如果这是对的,那么我们取一块大石头,例如它的下落速度为8,再取一块小石头,下落的速率为4,将它们拴在二起,整个系统的下落速率应该小于8;但是两块石头拴在一起要比那块速率是8的石头大。因此,重物比轻物的运动速率要小,这个结论刚好和你的推测相反。这样,你就看到了从你的重物体较轻物体下落得快的假设,我怎样推出了重物体下落得更慢的结论。”

辛普利邱:“我完全被搞糊涂了……说实在的,这完全超出了我的理解力……”

至此,鸡毛与石块公案已经了结,用现代的话来说,在真空中,一切下落物体的加速度是相同的。在正常生活中,我们看到,重物先落地轻物后落地,其实是由于空气阻力的缘故。现代科技的发展提供了十分有效的测试手段,有条件更精细地验证万有引力定律。各种不同物体下落的加速度是不是完全相同?有没有细小的差异?物理学家希望为长期怀疑的东西找出实验的根据来。

1922年美国人厄阜等人进行了细致的实验,实验试图提出物体下落的加速度(即重力加速度)的值,是否随不同材料(如不同物质或不同化学结构)而不同,当然这种差异是非常微小的,大约有1%的变化。一般物理学家认为厄阜实验并没有表明什么新情况。但是,美国人菲施巴赫等研究了厄阜落体实验后,提出了一个惊人的见解。

1986年1月6日,菲施巴赫等人在«物理评论快报»上发表文章,坚持认为厄阜实验已表明不同物质、不同化学结构物体的重力加速度是不同的。更为吃惊的是,他们认为造成这种下落加速度偏小的原因,是地球和物体之间,除引力之外,还存在着微小的排斥力。这一消息传开,立即引起全世界物理学家的关注,不过是人类还未知道的一种力。人类已经知道的力有四种:电磁力(库仑力等)、强相互作用力(使核子束缚在一起的力)、弱相互作用力(引起核衰变的力)和牛顿的万有引力,上述这种斥力可能是除了已经知道的四种力之外的第五种自然力了,开始称这种地球与物体间的斥力为超电荷力,后来美国正式命名为超负载力。

超负载力的性质还不十分清楚,只在两物体间距离小于200米时才表现出来,这种排斥力与物体间的万有引力重叠在一起,比万有引力小得多。地球斥力(超负载力)的大小与两物体内的质子、中子总数有关,但不与质量成一定比例,地球斥力又与物体的化学成分有关,其原因至今一无所知。

由于地球存在斥力,羽毛和石块谁下落得更快,又成为世界疑案了。