西方科学体系的建立始于伽利略,爱因斯坦曾这样评价:“伽利略的发现,以及他所用的科学推理方法,是人类思想史上最伟大的成就之一,而且标志着物理学的真正的开端!”爱因斯坦对伽利略有过高的评价,在伽利略生活的时代,人类还不知道能量守恒,爱因斯坦活跃于20世纪前半期,能量守恒定律已经很普及,伽利略惯性定律的推论本质就是能量守恒,作为一代物理大家,他居然看不到伽利略推论存在明显的缺陷,真是悲哀。
为了说明惯性,伽利略曾设计一个无摩擦的理想实验:在一定点O悬挂一单摆,将摆球拉到离竖直位置一定距离的左侧A点,释放小球,小球将摆到竖直位置的右侧B点,此时A点与B点处于同一高度。若在O的正下方C用钉子改变单摆的运动路线,小球将摆到与A、B两点同样高度的D。伽利略指出,对于斜面会得出同样的结论。他将两个斜面对接起来,让小球沿一个斜面从静止滚下,小球将滚上另一斜面。如果无摩擦,小球将上升到原来的高度。他推论说,如果减小第二个斜面的倾角,小球在这个斜面达到原来的高度就要通过更长的距离。然后使第二个斜面的倾角越来越小,小球将会滚得越来越远。如果第二个斜面改成水平面,小球就永远达不到原来的高度,而要沿水平面以恒定速度持续运动下去。
伽利略的这个实验的本质就是能量守恒,动能和势能的相互转化,伽利略的推论说,如果减小第二个斜面的倾角,小球在这个斜面达到原来的高度就要通过更长的距离。然后使第二个斜面的倾角越来越小,小球将会滚得越来越远。这句话是正确的。如果第二个斜面改成水平面,小球就永远达不到原来的高度,而要沿水平面以恒定速度持续运动下去。这句话就很有问题,我们都知道地球是球形,如果物体沿着地面的切线,就是所谓的水平面一直向前运动,一定会达到原来的高度,所以伽利略的推论是错误的,参见下图。
只要我们在伽利略的推论中添加上地球,就很容易发现伽利略的推论是错误的。如果滚动的小球按照水平面运动,只能运动到B点,而不是伽利略说的无限远。