比薩斜塔不倒之謎

比薩斜塔坐落在意大利古城比薩大教堂的廣場上，1173年建筑師博納諾·皮薩諾開始建造。當(dāng)建到第3層時，塔身開始傾斜，博納諾·皮薩諾只得把工程停了下來。94年后，建筑師焦旺尼·迪·西蒙內(nèi)恢復(fù)建塔，他試圖將傾斜的塔身調(diào)直，可是沒有成功。由于迪·西蒙內(nèi)死于1284年的戰(zhàn)爭中，建塔工程再度擱置。直到1350年，該塔才由建筑師托馬索·皮薩諾最后完成?？⒐r，因塔頂中心點已偏離垂直中心線2.1米，所以被人們稱為“斜塔”。600多年來，塔身繼續(xù)緩慢地向南傾斜。據(jù)自1911年以來的系統(tǒng)測量表明，它平均每年向南傾斜大約1毫米。如今，塔頂已南斜5.3米，斜度為5度6分。

塔身為什么傾斜？根據(jù)地下鉆探的土樣，已查明塔基下面地表至10米深度是混砂層，由10米至40米是含很多結(jié)合水的粘土層，再往下是含自由水的砂層。這層粘土層在建筑物的壓力作用下，部分結(jié)合水就會被擠出來，跑到下面的砂層中去，造成粘土層的壓縮和沉降，使塔傾斜。當(dāng)下面砂層自由水被人為地抽汲而造成壓力下降時，這種粘土層的壓縮和沉降還會大大地加速，引起斜塔的傾斜速度加快。據(jù)測定，在從砂層中抽汲地下水的時期，斜塔的傾斜速度曾增至每年2毫米，比以前加快了約一倍。后來，人們發(fā)現(xiàn)了這個問題，停止抽汲砂層中的地下水，斜塔的傾斜速度才恢復(fù)原來的數(shù)值。這座塔為什么向南傾斜？據(jù)比薩大學(xué)一位老教授的解釋說，可能是太陽的影響。因為意大利是在北半球，南面的大理石受日照強，熱脹冷縮產(chǎn)生的力對下面的土層起著不間斷的沖擊作用，所以向南傾斜。另外，斜塔是在比薩城北部，原來城內(nèi)蒙林取地下水的位置在它南面，南部地面沉降也可能造成塔身加速南傾。

眼下，塔頂中心點偏離垂直中心線已近5米。不過，按照目前的傾斜速度，比薩斜塔在未來的200年內(nèi)還不會倒塌。這是因為從它的重心引下的豎直線并沒有越出它的底面的緣故。

2. 比薩斜塔上創(chuàng)造的奇跡

傳說在1590年，年僅26歲的伽利略在比薩斜塔上進行了落體實驗。他特意邀請了一些大學(xué)教授來觀看，許多人也聞訊前來圍觀。

只見伽利略身帶兩個鐵球，一個重45.4公斤（100磅），一個重0.454公斤（1磅），像出征的戰(zhàn)士一樣，威武地登上塔頂。當(dāng)他向人們宣布，這一大一小的兩個鐵球同時下落，將會同時著地的時候，塔下面的人像開了鍋似的議論開了：“難道亞里士多德真錯了？這是絕對不可能的！”“這家伙準(zhǔn)是瘋了！”……

伽利略聽到這些議論和譏笑，坦然自若，他胸有成竹地大聲說：“先生們，別忙著下結(jié)論，還是讓事實出來說話吧！”說完，他伸開雙手，使兩個鐵球同時從塔上落下來，只見它們平行下落，越落越快，最后“啪”的一聲，同時落地。面對無可辯駁的實驗事實，那些亞里士多德的忠實信徒，一個個瞠目結(jié)舌，不知所措，只好灰溜溜地走開了。比薩斜塔實驗不但推翻了古代權(quán)威的錯誤學(xué)說，結(jié)束了它對學(xué)術(shù)界近兩千年的統(tǒng)治，而且開創(chuàng)了近代科學(xué)實驗的新紀(jì)元。

今天，懂一點物理學(xué)的人都知道，輕重、大小不同的物體，從同一高度同時自由落下，要是沒有空氣阻力，它們必定同時著地。但是，在16世紀(jì)以前，人們都相信古希臘的權(quán)威亞里士多德的學(xué)說。他認為：物體下落的快慢是由物體的重量決定的，物體越重下落越快，比如10公斤重的物體下落，要比1公斤重的物體快9倍。在那個時候，教科書上是這樣寫的，大學(xué)教授也是這樣講的。

不過，還是有人懷疑，伽利略就是其中最著名的一位。他經(jīng)過認真思考，反復(fù)實驗，確認“物體越重，下落越快”的學(xué)說是錯誤的。要知道，當(dāng)時在歐洲人的眼里，除了上帝，只有亞里士多德是絕對正確的。誰膽敢反對他，說他的不是，那是大逆不道。勇敢的伽利略堅持真理，義無反顧，決定當(dāng)眾實驗，公開向古代權(quán)威挑戰(zhàn)。

也許少年朋友會說，要是伽利略在斜塔上同時放下一個紙球和一個鐵球，那么一定是鐵球先落地。的確是這樣的。當(dāng)紙球還在空中飄蕩的時候，鐵球已著地了。這是不是亞里士多德的學(xué)說是正確的呢？

亞里士多德很可能正是從這類現(xiàn)象中得出結(jié)論的，但是他被假象迷惑了。事實上，物體在空氣中下落，都要受到空氣阻力。紙球輕，空氣阻力的影響大，不可忽略；鐵球重，空氣阻力的影響小，可以忽略。如果在真空中進行紙球和鐵球同時下落的實驗，排除了空氣阻力的影響，它們是一定會同時落地的。

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