思想实验:亚里士多德运动理论的不可能性

这是一个由伽利略·伽利雷(Galileo Galilei)提出的、科学史上最著名的概念-思想实验之一。它通过纯粹的逻辑推理,而非物理实验,旨在揭示人物-亚里士多德运动理论中的内在矛盾。

思想实验的内容

  1. 亚里士多德的理论人物-亚里士多德认为,物体下落的速度与其重量成正比,即重的东西比轻的东西下落得更快

  2. 伽利略的设想:伽利略邀请我们想象一个情境:

    试想象将一颗重的炮弹与一颗轻的滑膛枪弹用绳子绑在一起,那么如果这个系统跟一颗普通的炮弹从同一高度上同时落下,将会发生什么呢?

  3. 推导矛盾:根据亚里士多德的理论,我们可以从这个情境中推导出两个完全相反的结论:

    • 结论A:因为轻的滑膛枪弹下落得慢,它会拖慢重的炮弹,所以这个“组合系统”的下落速度应该慢于单独的重炮弹。
    • 结论B:因为这个“组合系统”的总重量大于单独的重炮弹,所以它的下落速度应该快于单独的重炮弹。

根据亚里士多德的看法,因为轻的东西比重的东西下落得慢,所以绑到炮弹上的滑膛枪弹就会对它产生一个拖力。所以这个组合起来的系统应该比单独的炮弹落得更慢。但是因为这个组合的系统比单独的炮弹重,而且因为重的东西比轻的东西落得更快,所以该组合系统应该比单独的炮弹落得更快。

实验的结论

一个物体不可能同时比另一个物体下落得既快又慢。这个逻辑上的矛盾(A和B无法同时为真)表明,作为其推导前提的亚里士多德运动理论本身是错误的。

但是说一个东西既比另一个东西落得快又比那个东西落得慢是逻辑上不可能的。所以亚里士多德的理论就不可能是正确的。

伽利略自己的理论——所有物体无论轻重,在忽略空气阻力的情况下,都以同样的速度下落——则完美地避免了这种矛盾。

这个思想实验的伟大之处在于,它展示了纯粹的理性思辨如何能够揭示一个被广泛接受了近两千年的科学理论的根本缺陷,从而为现代力学的诞生开辟了道路。