比萨斜塔：两个铁球同时落地的实验是谁做的？

比萨位于佛伦伦萨的西边，历史上是一个滨海城市，也曾是一个独立的共和国，它的海上贸易可以与北部的热那亚和威尼斯共和国相匹敌，是意大利各城市中最早独立的城邦国家。但是由于它所属的阿尔诺河三角洲不断地扩展，比萨离海越来越远。同时在与佛罗伦斯的对抗中不断削弱，地位急剧下降，1406年被并入佛罗伦萨。在美第奇家族的支持下，比萨的科学和艺术得到了发展，重建了比萨大学，而出生于比萨的伽利略不仅在比萨大教堂的钟楼上进行了他有名的实验，也在比萨大学读书，之后也在比萨大学任教。

比萨斜塔在大教堂的后面，也是建于12世纪，1173年设计时是垂直建造，但是动工五六年后，塔身从三层开始倾斜，1372年完工，塔身还在持续倾斜。作为教堂的钟楼，在八层的塔身上共安放了七口钟，但由于当时塔身倾斜向东南，时刻都有倒塌的危险而没有撞响过。钟楼的圆形设计被认为是为了同旁边的大教堂建筑形成反射而相对应，有意地模仿教堂半圆形后殿的曲线设计，并且在洗礼堂的设计定为圆形之后，这也是对洗礼堂的一种呼应。装饰风格与大教堂和洗礼堂相同，墙面用大理石或石灰石砌成深浅两种白色带，半露方柱的拱门、长菱形的花格平顶以及拱廊上方的墙面对阳光的照射形成光亮面和遮荫面的强烈反差，与大教堂和洗礼堂形成了视觉上的连续性。

对于比萨斜塔倾斜的原因，历史上一直争论不休。从14世纪时起，一直在两种论调中徘徊。一是塔身的倾斜是因为建造过程中无法预料的地面下沉累积效应的结果，另一种是建筑师有意而为之。这种情况一直持续到20世纪，随着测量的越来越精确以及对历史档案的研究，一些事实得以确认，即这并不是建筑师有意为之，而是在建造初期就开始偏离了正确位置，这由于它地基下面土层的特殊性造成的。最新的挖掘表明，钟楼建造在了古代的海岸边缘，因此土质在建造时便已经沙化和下沉，并且在塔下有好几层不同材质的土层，各种软质粉土的沉淀物和非常软的粘土相间，因而无法克服地心引力而倾斜。由于斜塔在建造的过程中就已出现倾斜，应是一个建筑败笔，却因祸得福成为世界建筑奇观，在19世纪以前，人们也没想到要对斜塔进行维修，因为在近三百年的时间里它只增加倾斜了5厘米。但是在1838年的一次测量中，在原本密封的斜塔地基周围进行了挖掘，以探究地基的形态，使得斜塔失去了原有的平衡，地基开始开裂，地下水开始涌入，人们开始对其进行抢救，1990-2001年的维修使斜塔稳住了倾斜度。

人们对斜塔的兴趣除了其倾斜的塔身外，更是因为传说中伽利略在这里做了闻名的自由落体实验，以此对亚里斯多德的理论提出挑战，这在奉亚里斯多德理论为圭晷的中世纪属于惊天之举。按照亚里斯多德的理论，重的物体下落速度比轻的物体下落速度快，落体速度与重量成正比；而伽利略通过实验认为如果不计空气阻力，轻重物体的自由下落速度是相同的，从而对亚里士多德的理论提出质疑。但是对伽利略是否在比萨斜塔上做过这一实验并不确定。伽利略的学生维维安尼在写《伽利略生平的历史故事》时，提到他曾经听说伽利略当年在有其他教授、哲学家和全体学生在场的情况下，从比萨斜塔的最高层将两个重量不同的球体从相同的高度同时扔下，结果两个球同时落地，以此证明物体的轻重对落地的速度不产生影响。伽利略自己虽然曾多次提到物体从塔上落下的实验，并对同时落地做出了自己的解释，但他并没有指明这座塔是否就是比萨斜塔，也并没有肯定这个实验是他自己做的。实际上伽利略对亚里斯多德理论的质疑采用的是一种推论，他认为如果依照亚里士多德的理论，假设有两块石头，大的重量为8，小的重量为4，则大的下落速度为8，小的下落速度为4，当两块石头被绑在一起的时候，下落快的会因为慢的而被拖慢。所以整个体系和下落速度在4-8之间。但是，两块绑在一起的石头的整体重量为12，下落速度也就应该大于8，这就陷入了一个自相矛盾的境界。另外虽然对于伽利略是否做个这个实验历史上没有确切的记载，但有记载的却是1612年有一个人在比萨斜塔上做过这样的实验，但他是为了反驳伽利略而作这个实验的，实验的结果是两球并没有同时到达地面。但是无论如何，正是因为这其中的传说与故事，这个实验被称为最美的物理实验之一。

人们对于伽利略的认识不仅在于比萨斜塔上的实验，更是因为他是科学与宗教冲突的象征。但是就象这个实验本身一样，他的贡献并不在于因为哥白尼辩护而与教会冲突，在这方面开普勒做得更为扎实；也不是他的自由落体实验，因为他并不是第一个做此类实验的人。伽利略之所以应被人们记住，是因为他利用望远镜把人类的视野扩展到地球以外。与那个关于自由落体的实验一样，这些或许同样是美丽的错误。