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第36章 牛顿第一定律对我们有什么启示?

从牛顿第一定律的发现过程可知,理用自己的话描述一下伽利略的斜面实验。

想实验在其中起了决定性的作用。理想实验是人们在科学实验的基础上,运用逻辑推理方法和发挥想象力,在思维中把客观的实验条件和研究对象加以理想化,抽象出来的一种理想化过程的“实验”。伽利略被称为物理实验方法的先祖,同时他又创造了理想实验的方法。他在科学研究中善于运用理想实验的方法,为驳斥亚里士多德的“重物下落速度快”的错误结论,他设计了把轻重不同二物体捆在一起让其自由下落的理想实验,从而推翻了亚里士多德的落体观念。

他在发现惯性原理的过程中运用了理想斜面实验,堪称物理史中的一绝。因为他所设计的理想斜面这种在纯粹理想状态下的实验,在实际当中是无法实现的。尽管我们可以创造各种条件,把运动物体所受的摩擦力和空气阻力尽量减少,但是永远不可能完全排除掉。然而,这并不能阻碍人们根据多次越来越逼近于理想实验,运用逻辑推理方法进行科学抽象而作出应有的结论。伽利略运用理想实验所得到的结论被牛顿概括总结出牛顿第一定律,成为经典力学的建立基础。

在爱因斯坦和英费尔德合著的《物理学的进化》一书中,也曾讲到一个关于惯性定律的理想实验,这对我们进一步理解牛顿第一定律是会有所帮助的。书中写道:“假如有人推着一辆小车在平路上行走,然后突然停止推那辆小车,小车不会立刻静止,它还会继续运动一段很短的距离。怎样才能增加这段距离呢?这有许多办法,例如在车轮涂油,把路修得很平滑等。车轮转动得越容易、路愈平滑,车便可以运动得愈远。假想路是绝对平滑的,而车轮也毫无摩擦。那么就没有什么车轮要靠与路之间摩擦前进东西阻止小车,而它就会永远运动下去。”

理想实验的方法在现代物理学中发挥着越来越大的作用。爱因斯坦曾设计了“同时相对性”的理想实验,通过这一实验他确立了同时性的相对性的科学概念,成为创立狭义相对论的重要基础。理想实验根植于科学实验之中,但它具有现实实验所达不到的极度简化和纯化的程度,因而更有利于探索和揭示自然事物和现象的规律性。运用理想实验,是提出科学假说的重要途径之一,它具有加深对现实实验和研究对象性质及其运动规律的理解,还具有使逻辑证明和反驳更明确、直观及有力的作用,当然,理想实验的结论还须科学观察和实验的检验。

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