一片羽毛和一個(gè)鐵球，在真空中同高同時(shí)落下，哪個(gè)先落地？

首先要弄清楚這個(gè)“真空”是在哪里。這個(gè)“真空”如果在地球上，下落速度受到地球重力影響，因此叫自由落體，這個(gè)落體的速度是與地球重力相匹配的。因此，在無(wú)空氣阻力下，物體無(wú)論大小，下落時(shí)只受空氣阻力影響，下落速度是一樣的。這樣不管是一根羽毛，還是一個(gè)鐵球，在沒有空氣的情況下，當(dāng)它們?cè)谕桓叨?，起始速度為零時(shí)，都會(huì)同時(shí)到達(dá)地面。

但如果這個(gè)真空在太空，沒有重力條件下，就會(huì)失重。在失重條件下，一個(gè)鐵球和一片羽毛都不會(huì)“下落”。因?yàn)椤跋侣洹钡摹跋隆北举|(zhì)上就是引力，重力是引力作用下產(chǎn)生的，沒有引力就沒有重力，也就沒有上下之分。當(dāng)然在太空中，尤其是在太陽(yáng)系范圍內(nèi)，只有相對(duì)的零重力，沒有絕對(duì)零重力，因?yàn)槲矬w受到太陽(yáng)和附近星球的影響，多少還是有一定重力的，不過(guò)由于很微弱，表現(xiàn)出來(lái)就是接近失重狀態(tài)而已。

人類對(duì)物體降落思考已經(jīng)幾千年，認(rèn)識(shí)是漸進(jìn)的。最早提出物體大小降落速度是古希臘哲學(xué)家亞里士多德，這位生存于公元前3百多年前的智者一生成就頗多，著述有《工具論》、《物理學(xué)》、《形而上學(xué)》、《倫理學(xué)》、《政治學(xué)》多種著作，已經(jīng)就有了對(duì)宇宙的思考，有些已經(jīng)上升到科學(xué)層面。

他提出物體下落速度與重量大小相適應(yīng)，重量越大，下落速度越快，反之越小，而且成比例，如10磅重的石塊比1磅重的石塊下落速度要大10倍。由于亞里士多德的歷史地位和杰出成就，人們對(duì)亞里士多德的這個(gè)結(jié)論深信不疑，從沒有人質(zhì)疑過(guò)。

一直到現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)科學(xué)的先驅(qū)伽利略，憑著其與眾不同的腦瓜感覺這個(gè)理論本身就蘊(yùn)含著一個(gè)邏輯錯(cuò)誤，由此提出了質(zhì)疑。他在1636年發(fā)表的《兩種新科學(xué)的對(duì)話》一文中明確指出了這個(gè)理論的邏輯錯(cuò)誤。

他認(rèn)為，如果兩個(gè)物體重量一大一小，下落速度不一樣的話，如果把它們綁在一起就會(huì)出現(xiàn)矛盾：按照重量大的物體下降速度大，小的物體下降速度慢的說(shuō)法，綁在一起，大的物體就會(huì)受到小的物體速度拖累，總體下降速度要小于大的下降速度；但如果按照重量越大速度越快的話，綁在一起速度就會(huì)出現(xiàn)疊加，就會(huì)大于大重量物體速度。

伽利略與比薩斜塔的故事。比薩斜塔是意大利一座古老的地標(biāo)建筑，建造開始于1173年，當(dāng)建設(shè)到第四層時(shí)就發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了傾斜，檢查分析的原因是由于地基松軟所致。后來(lái)建設(shè)就陸陸續(xù)續(xù)進(jìn)行了2個(gè)世紀(jì)，一直到1372年才完工，后來(lái)在建設(shè)上層時(shí)有意向相反方向歪，因此這個(gè)塔除了與地面不垂直而傾斜，還是略為彎曲的，成為一道獨(dú)特的風(fēng)景。

伽利略彼時(shí)正在比薩大學(xué)任教，他發(fā)現(xiàn)亞里士多德關(guān)于落體質(zhì)量大小與速度的論述存在著邏輯錯(cuò)誤后，于1589年利用比薩斜塔的傾斜角度，在塔山將兩個(gè)各重100磅和1磅的鐵球同時(shí)在同一高度推落，結(jié)果這兩個(gè)球同時(shí)落地，驚呆了一起來(lái)看這個(gè)實(shí)驗(yàn)的人們，這些人們包括與伽利略爭(zhēng)論的人、同事、朋友和學(xué)生。

關(guān)于伽利略的比薩斜塔實(shí)驗(yàn)是否真實(shí)，頗有爭(zhēng)議，因?yàn)檫@個(gè)記載只有他的學(xué)生維維安尼在《伽利略》一書中流傳下來(lái)，其他伽利略同時(shí)的同事和他自己都沒有這個(gè)記載。但他在比薩大學(xué)的課堂上，曾爬上桌子，多次把兩塊大小不同的磚塊舉過(guò)頭頂，同時(shí)掉下，兩塊磚同時(shí)落地，把學(xué)生們驚得目瞪口呆。這一點(diǎn)是無(wú)可置疑的。

由此，伽利略推翻了亞里士多德物體下落速度與重量相關(guān)的理論，這一點(diǎn)被科學(xué)界公認(rèn)。一個(gè)統(tǒng)治禁錮了人們幾千年的理論就這么破滅了，伽利略糾正了一個(gè)科學(xué)的歷史錯(cuò)誤。

自由落體定律。后來(lái)人們根據(jù)牛頓的萬(wàn)有引力定律，推導(dǎo)出了自由落體定律，表達(dá)為：瞬時(shí)速度的計(jì)算公式為v=gt；位移的計(jì)算公式為：△s=1/2gt^2。并得出：

（1）速度隨時(shí)間變化的規(guī)律：v=gt。

（2）位移隨時(shí)間變化的規(guī)律：h=（1/2）gt^2。

（3）速度隨位移的變化規(guī)律：2gs=v^2。

其中v為速度，h為高度，g為重力加速度=9.8m/s^2，t為物體下落時(shí)間s（秒），△s為距離增量。根據(jù)這個(gè)定律，在無(wú)空氣阻力前提下，同等高度同時(shí)落下的一片羽毛，不會(huì)比一個(gè)鐵球要慢，而是會(huì)同時(shí)落地。

上世紀(jì)美國(guó)載人任務(wù)，阿波羅15號(hào)指揮官 David Scott 在月球上直播自由落體實(shí)驗(yàn)，讓1.32公斤重的鋁合金地質(zhì)錘和0.03公斤重的鷹羽，從距地面1.6米的高度同時(shí)落下，在月球真空環(huán)境驗(yàn)證了伽利略的設(shè)想。

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