伽利略的「時間」

故事要從亞里士多德說起。

這位古希臘先哲曾經斷言，一個物體從高處墜落的速度，由這個物體本身的重量所決定。也就是說，亞里士多德認為，物體越重，下落的速度越快，反之，物體越輕，下落得也就越慢。

他的這個思想在之後影響了人類兩千多年，直到伽利略提出另一種觀點。

伽利略（1564-1642）

1636年，伽利略在一篇論著里認為，做自由落體運動的物體，其下落速度應該是勻速變化的，相傳他還為此在義大利的比薩斜塔上做了實驗——用大小兩個不同質量的鐵球，同時從比薩斜塔上同一高度拋下，結果果然證明，兩個鐵球是同時著地的。

著名的比薩斜塔實驗

事實上，伽利略並未做過比薩斜塔實驗，這就是我們通常認識的伽利略大牛。然而伽利略的偉大之處也不僅於此，在天文學，數學和物理上均有重大的貢獻，這篇文章想從另一個側面來介紹伽利略的偉大貢獻。

伽利略認為經驗是知識的唯一源泉，這位老先生也是無奈啊！從經驗中釐定出規則標準來，為後續的實驗科學奠定了基礎。其倡導的數學與實驗相結合的研究方法，這種研究方法是他在科學上取得偉大成就的源泉，那他是怎麼做到的呢？就要對當時的背景做一些介紹了。

從公元前5世紀開始，也許更早一些，直到17世紀，大約持續了兩千年。這個時期逐漸形成了初等數學的主要分支：算數、幾何、代數。

古代計時工具

日晷：古人通過觀察地球的自傳而發明了日晷。它可利用太陽的投影方向來測定並劃分時刻，屬於比較精確的計時工具了。

漏刻：利用的是滴漏的原理，滴漏,也叫「水鍾」,是古代利用滴水多寡來計量時間的一種儀器。

西方在機械鐘發明之前使用的像什麼沙漏啦，古希臘水鍾啦，英格蘭蠟燭鍾啦等等。當然也有日晷。

總之古人為了準確的確定時間，想盡了辦法，在有限的技術條件下發揮著無窮的想像力，但這些工具要麼不準，要麼太大。對於想搞清楚一個運動需要多少時間這件事就是非常大的挑戰了，我想伽利略，牛頓的一些著作里用幾何類比來說明運動的問題可能就是一個佐證。

伽利略的物理時間

伽利略在觀察擺動的吊燈

單擺想必大家都不會太陌生，一些老式的鐘錶都是利用的這一原理。這個發現，是伽利略在做禮拜，無聊時看到教堂頂部吊著的精緻吊燈在晃動，被其擺動的節奏性所吸引。由於當時沒有精確的計時工具，伽利略通過把握自己脈搏的方法，來對吊燈的擺動進行了觀察，發現不管吊燈擺動的距離是長是短，它往返所需的時間總是一樣的！即便是吊燈搖擺得很緩慢，它在短弧線上來回一次，仍然需要那樣長的時間。通過這一發現，他就可以發明一種更加精確的計時器，從而將時間的測量納入自己的試驗中。

精準的擺鐘的發明，一方面可以使得實驗可以隨時進行，並且更加準確，這樣用數學對實驗進行解釋就更加的準確，使得數學和實驗可以緊密的結合起來。另一方面，準確的測量可以使得實驗進行過程除了進行有效的分析外，還可以對不同的物質運動進行實驗，從而可以抽象出在數學上有用的物理量，讓物理學從經驗科學變成了實驗科學。這種方法沿用至今。

對物理研究而言，什麼時刻不重要，兩個時間點之間有多長才是重要的，所以對時間不斷的提升其精度。起初，人們把一晝夜劃分為24 h,1 h為60 min,1 min為60 s.但一晝夜的周期，即太陽日是變動的，所以定義1 s等於平均太陽日.後來又發現，地球公轉周期也是變動的，於是又需確定另外的定義。隨著科學技術的發展，科學家們發現，原子能級躍遷時，吸收或發射一定頻率的電磁波，其頻率非常穩定。

註：秒：銫—133原子基態的兩個超精細能級之間躍遷所對應的輻射的9,192,631,770個周期的持續時間為1 s。

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