沃特，運動居然不用力維持？
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聲律啟蒙
經典詠流傳 第2期
趙照
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對於運動，肯定有過形形色色的解釋。
亞里士多德的解釋不一定是最早記錄在冊，但一定是接受程度最高的。
亞里士多德認為任何物體都有自己的天然位置，並且應該「各就各位」，一旦離開，應該立即馬上「各回各家，各找各媽」。他的意思就是：每個物體都有自己的固有位置，離開固有位置的物體，只要不受阻礙，都要作返回固有位置的運動。物體的原來位置與自身的重量有關，重量越大，其「天然處所」越靠下，也就越急於找到其歸宿，所以越重的物體，它奔向其「天然處所」的速度也越快，而且速度與重量成正比。通過這樣的推理，亞里士多德自然就得出了物體越重，其下落速度就越快的結論。
這種運動叫物體的自然運動。
物體越重，其下落速度就越快。並且，沒有力就不能運動。
總之，回到原來位置很重要，很自然。除此之外，都是被動和強制的。強制運動需要力的維持，沒有力就沒有運動。
大家都覺得小亞同學的解釋好有道理，於是，鼓掌。通過。形成共識，一致擁護。一千年不變。
直到，直到一個熊孩子的出現。
1586年，熊孩子西蒙·斯台文(荷蘭物理學家)一不小心用兩個鉛球將亞里士多德的觀點砸出了窟窿，後人稱為「兩個鉛球引發的血案」。
讓我們還原一下血案的現場吧。
凶 器：兩個鉛球。重的是輕的10倍。
案發範圍：高為30英尺的空間。
作案手段：同時往下丟。
受害對象：一塊受撞能發聲的木板。
斯台文實驗示意圖，記錄在斯台文所著的《論稱量》一書中。
結 果：居然聽上去就像一個聲音。
此事必有蹊蹺!
聽上去就像一個聲音，就是幾乎同時落在地面的木板上的嘛。這個實驗結果就說明了不同重量的物體下落的速度是一樣的。亞里士多德的觀點表示很受傷。
雖然如此，絕大多數的人還是覺得亞里士多德依然是正確的。
對此，伽利略表示，對於亞里士多德堅決擁護，是不可能的。
伽利略認為亞里士多德的觀點是錯誤的，但要推翻這個錯誤結論必須要有證明。
與斯台文不同，伽利略認為應該是先君子，後小人。君子，就是動口不動手，用推理，就可以取得勝利。
他先假設亞里士多德的觀點是正確的。
然後，將一輕一重兩個物體捆在一起，讓它再與原來物體在相同條件下自由下落，那麼，較輕的物體便會拖著較重的物體哼唱：「親愛的，你慢慢飛，小心前面帶刺的玫瑰……」，也就是，原來較輕的物體將會延緩較重物體的下落速度，這樣，複合體必然比原來較重的物體下落得慢。另外，捆在一起的共同體，將會「紅塵做伴活得瀟瀟洒灑」而更重，按照亞里士多德的物體下落速度與重量成正比的說法，複合體比原來的較重物體還要「策馬奔騰」跑得快。
伽利略推理示意圖：依據亞里士多德的觀點，可以推出複合體的下落速度既可以慢於較重物體，也可以快於較重物體。所以，你懂的。
兩個互相矛盾的說法都是好有道理。兩個都對，所以是小亞同學的錯。這個推理總算坑苦了亞里士多德。
如果亞里士多德地下有知，肯定會抱怨伽利略，做人要厚道。
亞里士多德的鐵粉們終於坐不住了。
1612年，一位亞里士多德學派的物理學家在比薩斜塔上做了一個實驗，結果表明，相同材料但重量不同的物體並不是在同一時刻到達地面。這個精確度不高的孤例實驗，首先說明，下落速度與物重有關，這實際上還有其他影響因素。其次，速度絕對不與重量成正比。
實驗結果表明：亞里士多德完敗!
這件事，後來被伽利略學生維維安尼栽贓到了伽利略的頭上並廣為流傳。
伽利略並非沒有動手，他深知，由於自由落體運動得太快，沒有好的工具，如高速照相機，是無法對落體運動進行詳細研究。
他想出了「稀釋重力」的辦法：用球在斜面上滾動，斜面越陡，球滾得越快。在垂直的極限情況下，球沿這個面就是自由下落。從1604年，伽利略開始設計並不斷試做斜面實驗，到了1609年，斜面實驗做的那是相當的順溜：
實驗器材：一塊長約6米，寬約4厘米，厚25－30厘米的木板，在上面刻有一條寬約1厘米磨得十分光滑的槽，用於製造斜面；另外還有若干個不同重量的小銅球。
實驗過程：讓不同重量的小銅球分別沿斜面上的槽滾下，記下相同時間內小球滾過的距離。
實驗結果：在摩擦忽略不計的情況下，不論球的大小，或球的輕重，物體沿同一高度、不同傾斜度的斜面到達底端所需的時間相同，它們的末速度相同。
實驗結論：從同一高度下落的物體必將同時落地，與它們的重量無關，進而證明亞里士多德所認為的重物體比輕物體先落地的觀點是錯誤的。
各種傾斜，多次反覆實驗，結果一樣。
一不小心，下手有點狠了。
伽利略在斜面實驗中還發現：小球滾下一個斜面後，可以滾上另一個斜面，如果足夠光滑的話，這個球可以滾到和出發點一樣的高度，而與斜面的傾斜度無關。如果把後一個斜面放到水平位置，找不到原來高度的小球會被氣瘋而一直在水平面滾動。
原來，「瘋」了的小球的運動是不需要外力維持的。
事實上，沒有生命的物體是不會瘋的，小球也是。所以，只能得出物體維持其原來的運動狀態，並不需要外力。外力只能是改變其原有運動狀態的原因。
就這樣，伽利略又順手滅了亞里士多德關於物體運動必須有力連續作用的觀點。
伽利略斜面實驗示意圖
1638年，伽利略在《關於兩門新科學的對話》一書中就指出：「任何速度一旦施加給一個運動著的物體，只要除去加速或減速的外因，此速度就可保持不變；不過，這是只能在水平面上發生的一種情形。……」
伽利略沒有擺脫重力的作用。他所說的「平面」是各部分和地心等距離的水平面，而不是空間的一條直線，所以還不能算作慣性定律的準確表達。
笛卡爾也在尋找亞里士多德的漏洞，並且居然也真的被他找到了。
他覺得，《聖經·舊約》中「太陽底下沒有新鮮事」就是答案。因為「太陽底下沒有新鮮事」，就是「靜止的物體依然靜止，運動的物體依然運動，除非有其他物體的作用」。
太陽底下沒有新鮮事
1644年，笛卡爾在《哲學原理》中表述了運動的本質是：如果物體處在運動之中，如無其他原因的作用的話，那麼它將繼續以同一速度在同一直線方向上運動，既不停下也不偏離原來的方向。笛卡兒認為，自然運動是在一條直線上進行的，這就突破了伽利略所設想的「水平面」的局限，這描述比伽利略準確多了。
牛頓成年後讀《哲學原理》，看到笛卡爾通過演繹輕鬆將伽利略辛辛苦苦的既做君子又做小人才得到結論猛的提升一個層次，也產生創造的衝動。
不過，等到牛頓的出現，將直觀分解到自然數學的方法被伽利略用了；從先天到演繹的方法也被笛卡爾搶先了。
牛頓當時心裡一定是忿忿的：「為什麼他們都在走別人的路，讓別人無路可走」？
生得晚的好處是可以踩在巨人的肩膀上，缺點是路都讓別人走了，再不走別的路就無路可走了。
不過，牛頓畢竟是牛，他很快選擇了先歸納，後演繹的方法，將他倆的發現重新表述：「任何物體將保持它的靜止狀態或勻速直線運動狀態，直到外力作用迫使它改變這種狀態為止。」並把它作為第一定律寫在了《自然哲學的數學原理》中。
由於物體所具有的保持原有運動狀態的性質稱為慣性，所以，牛頓第一定律又稱慣性定律。
現在通常把牛頓第一定律表述為：任何物體在不受外力作用(或所受外力之和為零)時，將保持靜止狀態或勻速直線運動狀態不變。
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