伽利略的實驗方法和物理思想

物理學發展到公元16、17世紀，吉爾伯特和伽利略等一批科學家，把實驗方法與物理規律的研究結合起來，對物理學的發展作出了劃時代的貢獻。伽利略是其中傑出的代表。

伽利略作了擺的實驗，說明單擺的周期與擺長的平方根成正比，而與擺的質量和材料無關。他做了斜面實驗，驗證了物體在重力作用下作等加速運動的性質，總結出物體從靜止開始作等加速運動時，運動的距離與時間的平方成正比的普遍公式，並且利用幾何關係，建立了等加速運動的平均速度與末速度關係的數學表達式。他還根據實驗事實及利用演繹推理，得出了許多物理學的理論結論。

伽利略的實驗方法和實驗的科學思想大致有以下幾個特點：

＃１把數學與實驗密切地結合起來，把各個物理量之間的關係用數學表達式表示出來，揭示了各個物理量之間的內在的聯繫，把實驗結果上升到普遍的理論高度。

＃２有意識地在實驗中丟開一些次要因素，造成理想化的物理條件（情況），抓住問題的根本。如在物體下落（或下滑）時不考慮空氣的阻力。同時，又要求把實驗條件做得盡量完善和符合數學要求。這樣，就可以獲得超越這一實驗本身的特殊條件的認識。

＃３設法改變實驗的測量條件，使之易於觀測。他的斜面實驗是「沖淡引力」，把物體在一定高度下自由下落的時間「放大」，使在他那個時代的測量條件下變得可以測量。

＃４提出「要用實驗去驗證理論」。他認為，要從觀察到的材料中找出規律，然後用實驗驗證。如果發現與事實不符，立即回過頭來考查自己的結論。科學實驗不應該是偶然的和無計劃的，而是具備了進行實驗的理論概念之後，為了證明它才去做的。數學證明之所以必須服從實驗判斷，是因為一次單獨的實驗可以推翻或確證所有可能的論據。當然，理論與實驗的關係還不是那樣簡單地可以概括的。而正是他，首先提出和強調了這二者之間的關係，其思想是卓越的。他還預言了一些可以進一步用實驗驗證的結果。

＃５把實驗方法與理論聯繫起來，還有一個非常重要的特點是，他在實驗的基礎上，進行理論的演繹或邏輯的推理，得出了超過實驗本身的更為普遍的理論結論。

他認為：「實驗可以用來決定一些原理，並作為演繹方法的出發點。」

例如，他從斜面實驗的結果中得出：「……一個運動的物體假如有了某種速度以後，只要沒有增加或減少速度的外部原因，便會始終保持這種速度——這個條件只有在水平平面上才有可能。因為，假如在沿斜面運動的情況里，朝下運動則已經有了加速的起因，而朝上運動，則已經有了減速的起因，由此可知，只有水平的平面上的運動才是不變的。因為，假如速度是不變的、運動既不會減小或減弱，更不會消滅。」

這實際上就是慣性定律。它不是直接從實驗得出的，而是在實驗的基礎上，根據推理概括出來的。同樣，他從不斷改變斜面的傾斜度得出，如果最終把斜面豎直起來就是自由落體，因此，自由落體也是一種等加速運動。

再舉一個例子，從斜面實驗的結果，伽利略預言拋射體沿水平方向是勻速運動，而沿豎立方向是在引力作用下的自由落體運動，從此得出拋射體的運動軌道。他說：「通過發現一個單獨事實的原因，我們對這個事實所取得的知識，就足以使我們理解並肯定一些其他的事實，而不需要求助於實驗。正如目前這個事例所顯示的那樣，作者單憑論證就可以有十足的把握證明仰角在四十五度時射程最遠。」

伽利略表示，從已知的現象可以證明「可能是從來沒有被觀察到的事情。」

因此，伽利略把科學的實驗方法發展到了一個全新的高度，從此開始了物理學的一個新的時代，使物理學走上了真正科學的道路。愛因斯坦曾評論說：「伽利略的發現，以及他所用的科學推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標誌著物理學的真正開端。」

伽利略這些卓越的關於實驗方法的科學思想，對於當前的實驗工作和學習，也同樣有著深刻的指導意義。

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