两个铁球同时落地的故事

伽利略(1564-1642)

伽利略是伟大的意大利物理学家和天文学家，也是科学革命的先驱。在历史上，他首先在科学实验的基础上融合了数学、物理学和天文学，拓展、深化和改变了人类对物质运动和宇宙的认识。为了证明和传播哥白尼的日心说，伽利略奉献了一生。结果晚年受到教会迫害，终身监禁。他用系统的实验和观察推翻了以亚里士多德为代表的传统思辨自然观，创立了以实验事实为基础、具有严密逻辑体系的现代科学。因此，他被称为“现代科学之父”。他的工作为牛顿理论体系的建立奠定了基础。

生活和学术生涯

早期活动伽利略于1564年2月5日出生在比萨。他的父亲Fen Cenzio Galileo精通乐理和声学，著有《音乐对话》一书。1574全家搬到佛罗伦萨。伽利略从小受父亲影响，对音乐、诗歌、绘画和机械非常感兴趣。像他父亲一样，他不迷信权威。17岁时，他遵照父亲的命令在比萨大学学医，但他对医学感到厌倦。课后，他深感兴趣地听著名学者O. Rich讲课，他是我们家的朋友，他教欧几里德几何和阿基米德静力学。1583年，伽利略注意到了比萨教堂一盏吊灯的摆动，然后用一个用金属丝悬挂的铜球做了一个模拟(单摆)实验，证实了微小摆动的等时性和摆动长度对周期的影响，并由此创造了一个测量短时间间隔的脉冲计。从65438到0585，他因为家庭贫困辍学，当了家教，但他仍然努力自学。1586年，他发明了浮力天平，写了论文《小天平》。

1587年，他带着一篇关于固体重心计算的论文去罗马大学求见著名数学家和历法家C. Clavius教授，受到了极大的赞扬和鼓励。克拉维乌斯从罗马大学教授p·瓦拉那里带回了他的逻辑学和自然哲学的讲座，这对他以后的工作有很大的帮助。

从65438年到0588年，他就a .但丁的《神曲》中炼狱的图形构思进行了学术演讲，他的文学和数学才华大受赞扬。次年，他发表了几篇关于固体重心计算的论文，包括一些新的静力学定理。由于这些成就，比萨大学聘请他教授几何和天文学。第二年他发现了摆线。当时比萨大学的教科书都是亚里士多德学派学者写的，书中充斥着神学和形而上学的教条。伽利略经常表示尖锐的反对意见，在学校里受到校方的歧视和排斥。1591年，父亲因病去世，家庭负担加重，他决定离开比萨。帕多瓦时期，伽利略在1592转到帕多瓦大学任教。帕多瓦属于威尼斯公国，远离罗马，不受教廷直接控制，学术思想相对自由。在这种良好的氛围下，他经常参加校内外的各种学术文化活动，与有各种想法和观点的同事争论。这时，他在吸收N.F .塔尔塔利亚、G.B .贝内代蒂、f .科门蒂诺等人的数学和力学研究成果的同时，经常视察工厂、车间、矿山和各种军用、民用工程，与各行业的技术人员广泛交朋友，帮助他们解决技术问题，从中学习生产技术知识和各种新经验，受到启发。

在此期间，他深入系统地研究了落体运动、抛体运动、静力学、水力学以及一些民用和军用建筑。发现了惯性原理，发明了温度计和望远镜。

1597年，他收到了J·开普勒的一本书《神秘的宇宙》，开始信奉日心说，承认地球有公转和自转两种运动。但此时他对柏拉图最自然最完美的圆周运动思想印象深刻，对开普勒的行星椭圆轨道理论不感兴趣。1604年天空中出现了一颗超新星，光持续了18个月。他借机在威尼斯做了几次科普演讲，宣传哥白尼的学说。因为精彩的演讲，听众逐渐增多，最后达到一千多人。

1609年7月，有传言说一个荷兰眼镜工人发明了一个望远镜，供人们欣赏。他没有看到实物，就想到以后用风琴管和凸凹透镜做一个望远镜，放大倍数是3，然后提高到9。他邀请威尼斯参议员到塔的顶层，用望远镜眺望远景，所有的观赏者都惊喜不已。参议院随后决定他是帕多瓦大学的终身教授。1610年初，他将望远镜的放大倍数提高到33倍观测月球、太阳和恒星，发现了许多新的发现，如月球表面凹凸不平，月球和其他行星发出的光是太阳的反射，水星有四颗卫星，银河系原本是无数发光体的汇流，土星有多变的椭圆形等等，开辟了天文学的新天地。当年3月，他出版了《星际使者》一书，震惊全欧洲。后来发现金星盈亏和大小变化，这是对日心说的有力支持。伽利略后来回顾他在帕多瓦的18年，认为这是他一生中最有生产力和灵性的时期。其实这也是他一生中学术成就最大的时期。

伽利略在托斯卡纳的20年间在物理学和天文学方面取得的丰硕成果激起了他更大的学术抱负。为了得到足够的时间投身于科学研究，1610年春天，他从大学辞职，接受了托斯卡纳大公的任命，担任宫廷首席数学家和哲学家，以及比萨大学首席数学教授的荣誉职位。

为了保护科学不受教会干预，伽利略多次前往罗马。1611年，为了赢得宗教界、政界和学术界对他在天文学上的发现的认可，他第二次前往罗马。在罗马，他受到包括教皇保罗五世和一些高级主教在内的精英们的热情接待，并被林赛研究所接纳为院士。当时，耶稣会教士承认他的观察，但不同意他的解释。今年5月，在罗马大学的会议上，几名高级牧师公开宣布了伽利略的天文学成就。

同年，他观测了太阳黑子及其运动，用圆周运动的投影原理对比了太阳黑子的运动规律，论证了太阳黑子在太阳表面；他还发现太阳自转。1613年发表了三篇关于太阳黑子的通讯文章。此外，在1612年出版了《水中浮体对话》一书。

1615一个背信弃义的教士集团和教会中许多敌视伽利略的人联合攻击伽利略为哥白尼辩护的论点，指责他违反了基督教。得知消息后，他于年冬第三次前往罗马，试图挽回自己的声誉，恳求梵蒂冈不要因为保留哥白尼的观点而受到惩罚，也不要公开压制他对哥白尼学说的宣传。梵蒂冈默许了前者的要求，但拒绝了后者。教皇保罗五世在1616年颁布了著名的“1616禁令”，禁止他口头或书面保留、教导或捍卫日心说。

1624年，他第四次前往罗马，希望他的老朋友，新教皇乌尔班八世同情和理解他的愿望，以保持新兴科学的生命力。他有六次听众，试图解释日心说可以与基督教教义和谐，说“圣经教人如何进入天国，而不是天体如何运作”；并试图说服一些大主教，但无济于事。Urbon VIII坚持“1616 ban”不变；只允许他写一本同时介绍日心说和地心说的书，但他对这两种理论的态度一定不能偏颇，都要写成数学假说。在这一年的努力中，他研制出了显微镜，“可以把苍蝇放大成母鸡。”

在随后的六年里，他写了《托勒密与哥白尼的对话》一书。1630年，他第五次去罗马，获得了这本书的“出版许可”。这本书最终在1632出版。这本书表面上是中立的，实际上是为哥白尼体系辩护，在很多地方含蓄地嘲讽了教皇和主教，这远远超出了只讨论数学假设的范围。该书风格幽默，被列为意大利文学史上的文学杰作。

《对话》出版半年后，教廷勒令其停止销售，认为作者公然违反了“1616禁令”，问题严重，急需审查。原来，在教皇乌尔班八世之前，有人挑衅伽利略说，在《对话录》中，他以头脑简单、思想保守的Simpleqiu之口，发表了一些荒谬错误的言论，使他大发雷霆。曾经支持他当教皇的团体强烈主张严惩伽利略，而神圣罗马帝国和西班牙王国则认为纵容伽利略会对各国的异端产生很大影响，提出联合警告。在这些内部和外部的压力和挑衅下，教皇无视老朋友，于今年秋天发布了伽利略的命令，由罗马宗教裁判所进行审判。

年近七旬、体弱多病的伽利略被迫在寒冷的冬天前往罗马，在酷刑的威胁下被审问了三次。根本没有防御。几经折磨，终于在6月22日，1633，10枢机主教联合宣判，主要罪名是违反“1616禁止”和圣经教义。伽利略被迫跪在冰冷的石板上，签署了梵蒂冈写的“悔过书”。审判长宣布伽利略被判无期徒刑；对话必须烧掉，禁止出版或转载他的其他作品。这一判决立即通知了整个天主教世界，所有有大学的城市都必须聚集起来宣读，以此杀鸡儆猴。

伽利略既是勤奋的科学家，也是虔诚的天主教徒，深信科学家的任务是探索自然规律，而教会的职能是管理人的灵魂，不应互相侵犯。所以他在受审前没有想过逃跑，受审时也没有公开反抗，而是一直服从梵蒂冈的处置。他认为梵蒂冈在神学范围之外行使权力是极其不明智的，只能私下不满。显然，G·布鲁诺被烧死在火刑柱上，T·坎帕内拉被关在死囚牢房里很长时间。这两位杰出的意大利哲学家的遭遇给他的精神蒙上了可怕的阴影。宗教裁判所的决定后来改为软禁在家，他的学生和老朋友大主教A. Picolomini被任命在锡耶纳的私人住宅照顾他。规定禁止访客，每天都要上交写作材料。在皮克洛米尼的悉心照料和鼓励下，伽利略复活了，并接受了皮克洛米尼的建议，继续研究没有争议的物理问题。于是他还是用《对话录》中的三个对话人物，用对话体裁和简洁的文笔，把自己最成熟的科学思想和成果写成了《关于两门新科学的对话》和《数学证明对话集》。两个新的科学指的是材料力学和动力学。此稿完成于1636。因为教会禁止出版他的任何作品，他不得不委托一位威尼斯朋友偷偷带出国，于1638在荷兰莱顿出版。

伽利略刚在皮科洛米尼家呆了5个月，就有人写了一封匿名信，指责皮科洛米尼对伽利略太好。梵蒂冈命令伽利略于5438年6月+当年2月迁往其位于佛罗伦萨附近切特里的故居，由他的长女弗吉尼亚照管，禁令依然保留。她很好地照顾她的父亲，但是四个月后在他之前死了。

伽利略多次要求外出就医，但未被允许。1637瞎了。直到第二年，他才被允许住在他儿子的房子里。这一时期，除了托斯卡纳大公，还有英国著名诗人、政论家J·米尔顿，法国科学家、哲学家P·加桑蒂。他的学生和老朋友B. Castay也和他讨论了利用木质卫星计算地面经度的问题。此时梵蒂冈对他的限制和监视已经明显放松。

1639年夏天，伽利略被允许接受聪明好学的18岁青年v·维维亚尼为他最后一个学生，他可以照顾他。这个年轻人让他非常满意。1641 10年6月，卡斯塔伊介绍他的学生、前秘书e·托里切利陪同。他们和这位双目失明的老科学家讨论了如何利用摆的等时性设计出机械钟，还讨论了碰撞理论、月球的天平动、大气压下矿井中水柱的高度等问题，所以他直到去世还在从事科学研究。

伽利略死于1642 65438+10月8日，葬礼很草率。直到下个世纪，他的尸骨才被移至家乡的大教堂。

学会成功。

新的科学思想和科学研究方法在伽利略的研究成果得到认可之前，物理学乃至整个自然科学只是哲学的一个分支，并没有获得自己的独立地位。当时的哲学家被神学和亚里士多德的教条束缚，苦思冥想，得不到符合现实的客观规律。伽利略敢于挑战传统的权威思想，不是通过推测事物的成因，而是通过观察自然现象，发现自然规律。他抛弃了神学的宇宙观，认为世界是一个有序遵守简单规律的整体。要了解自然，就必须进行系统的实验定量观察，找出其准确的定量关系。

基于这种新的科学思想，伽利略倡导数学与实验相结合的研究方法；这种研究方法是他在科学上取得巨大成就的源泉，也是他对现代科学最重要的贡献。用数学方法研究物理问题，这不是伽利略首创的，可以追溯到公元前3世纪的阿基米德，14世纪的牛津学派和巴黎学派以及15和16世纪的意大利学术界。他们都在这方面取得了一定的成就，但都没有把实验方法放在首位，所以在思想上没有取得突破。伽利略重视实验的思想可见于他在1615年写给克里斯蒂娜公爵夫人的一封信中:“我想请这些聪明而细心的牧师们认真考虑一下思辨原则和实验证实的原则之间的区别。要知道，做实验工作的教授的意见，并不是仅凭主观意愿就能决定的。”

一般来说，伽利略将数学与实验相结合的研究方法分为三步:①首先将从现象中获得的直观知识的主要部分提取出来，用最简单的数学形式表达出来，建立量的概念；其次，用数学方法从这个公式中导出另一个易于实验验证的定量关系；③然后，通过实验证实了这种定量关系。他对落体匀加速定律的研究就是最好的说明。

从落体的加速运动中可以作出的最简单的假设可能是，它的瞬时速度与距离成正比，这也可能与下落时间成正比。这是研究方法的步骤①。通过数学论证，不难发现第一个假设对于匀加速运动是不成立的。所以我们假设□□□或□= □□□,其中□是加速度。

由于□的值无法直接测量，因此将该公式转换为可测距离的形式:□□然后，在□1，2，3的末端，落体移动的距离，步骤②完成。

最后一步是通过实验验证:由于自由落体的加速度大，即使在短时间内，落体距离也会很大，很难测量。为了“稀释”加速度，降低加速度，伽利略设计了斜面滚球实验，测量青铜球从斜面光滑的凹槽上滚下来的行程与时间的关系。他用一个精确的漏壶，重复实验了100次。所得结果与步骤②设想的□ -□定量关系一致，重复性好，肯定了落体作匀加速运动假设的正确性。

可见，伽利略进行科学实验的目的主要是为了检验一个科学假说是否正确，而不是盲目地搜集信息，总结事实。

物理学概念和原理的创新惯性原理和新的力、加速度概念是人们直观的体验到推重的物体需要很大的力，而推轻的物体只需要一点点力。亚里士多德由此得出了一个普遍的结论:一切物体都具有保持静止或寻找其“自然位置”的性质，认为“任何运动的东西都必然有一个推动者”，并用比例定律将力量与速度联系起来。伽利略提出了一个新概念。他观察到，一个物体沿着光滑的斜面向上滑动，由于斜面的倾斜角度不同，速度会有不同程度的减慢。倾斜角越小，减速度越小。如果在没有阻力的水平面上滑行，要保持原来的速度，永远滑行下去。由此得出结论:“如果一个运动的物体有一定的速度，只要没有外界原因使其速度增大或减小，它就会一直保持这个速度——这个条件只有在水平面上才有可能，因为在斜面的情况下，向下的斜面提供了加速的原因，而向上的斜面提供了减速的原因；因此，只有水平面上的运动是不变的”(两种新科学的对话，第三天，问题9，假设23)。这样，伽利略第一次提出了惯性的概念，第一次把外力与“加速或减速的外因”，即运动的变化联系起来。伽利略结合上述匀加速实验，提出了惯性和加速度新概念，以及重力作用下物体匀加速运动的新规律，为牛顿力学理论体系的建立奠定了基础。这个新的惯性概念推翻了亚里士多德学派1000多年来认为物体的运动是由精灵或来自外界的迂回空气驱动的观点，也澄清了中世纪模糊的“冲动”理论。这是人类长期研究机械运动的理论成果，得到了当时地震论支持者的支持。伽利略虽然没有明确写出惯性原理，但他表明这是物体性质的客观规律，他在研究其他物理问题时也巧妙地运用了这一原理。但他未能摆脱柏拉图认为行星做圆周运动的观点，相信“圆周惯性”的存在，因此未能将惯性运动的概念推广到所有物体的运动。在伽利略死后两年，笛卡尔表达了完整的惯性原理。

伽利略把物体速度和方向的变化或加速度的产生归结于各种力的作用，这是对力的本质的客观认识，也是牛顿第二定律的雏形。惯性原理的发现打破了力是运动原因的旧观念，而是认为力是改变运动状态的原因。牛顿在《自然哲学的数学原理》(见牛顿运动定律)一书中高度评价了伽利略在第一和第二运动定律方面的开创性工作。

伽利略在对轨迹的研究中发现，水平运动和垂直运动是独立的，互不干扰，但实际的运动轨迹可以用平行四边形法则合成。他从垂直于地面的匀加速运动和水平方向的匀加速运动完整地解释了轨迹的抛物线性质，这是运动合成研究的一大收获，具有实际意义。

伽利略在用物理原理为哥白尼的地动学说辩护时，应用了运动独立原理来解释石头从桅杆顶部落到桅杆底部而不偏离船尾的路径。他以舱内物体的运动规律是匀速直线运动不变的著名论断，进一步首次提出了惯性参照系的概念。这个原理被一位爱因斯坦称为伽利略的相对论原理，是狭义相对论的前身。

单摆周期性质的发现伽利略通过观察教堂里挂灯的摆动，对单摆进行了实验研究。发现单摆的周期与摆长的平方根成正比，而与摆的振幅和重量无关。这一规律的发现为振动理论和机械计时装置的设计方案奠定了基础。

光速有限及其测量前人对光速是否有限从来没有一个清晰的认识。伽利略观察到闪电现象，认为光速是有限的，并设计了一个掩灯方案来测量光速。但受限于当时的实验条件，这种测量方法实际测得的主要是实验者的反应和人手的动作时间，而不是光的传播时间。但是，如果有一个明暗变化规律的光源，或者有一个由高速机械而不是人手控制的装置，就可以测出真实的光速。后来的木卫星食法、旋转齿轮法、转镜法、克尔盒法、变频闪光法等光速测量方法都被借鉴。

几种基本物理实验仪器的研制伽利略不仅自己设计和演示了很多实验，还自己研制了很多实验仪器。他的工艺知识丰富，制作技术精湛。他创造的许多实验仪器在当时和后世都很有影响。以下是一些例子:

浮力天平这是一种利用浮力原理快速测定金银器皿和首饰中金银比例的直读仪器。这种工具已经被用于金银珠宝船只的交易。

温度计伽利略的温度计是一种开放式液体温度计。玻璃管内装有有色水和酒精，液面与大气相通(见伽利略温度计)。这其实是温度计和气压计的混合体，因为他当时对大气压力的变化没有一个清晰的认识。尽管如此，它的学术价值还是很大的，温度从此成为一个客观的物理量，而不是一种不确定的主观感觉。伽利略制造的望远镜可以观察物体的正像。改进后，它的放大倍数从3倍逐渐增加到33倍；它不仅指向星空，还可以应用于舰船堡垒，取得了前所未有的丰硕发现。这种望远镜结构简单，但其放大率和分辨率受到球差和色差的极大限制。

彻底推翻亚里士多德的物质观和中世纪欧洲占统治地位的自然观，是亚里士多德经过神学改造的自然观，成为封建神权统治者控制人们思想的工具。亚里士多德认为，地球和地球上的万物是由气、火、水、土四种元素组成的，它们是丑陋的、不洁的、不完美的，有变化，有生灭。火和气组成向上流动的轻的东西，水和土组成向下下落的重的东西。天体是由“以太”构成的纯粹、完美、永恒的物体。又因为“上帝讨厌真空”，真空不可能存在。但伽利略从望远镜中发现，月球表面有峰有洼，凹凸不平，并不完美，金星也有盈亏变化；太阳表面仍有活跃的黑子；肉眼可以直接看到超新星的爆炸及其逐渐变暗和消失。这些都打破了亚里士多德认为天高于地，天上的天体和地上的物质性质大相径庭的思想。

伽利略通过流体静力学对浮体的研究得知，一切物体都是重的，没有绝对的轻。天体在物质结构上与地球和地上万物是统一的。真空也可能存在和产生，只有在真空中才能研究物体运动的真实性质。这就彻底推翻了亚里士多德基于主观臆测的物质观，从而从根本上动摇了封建神权的思想统治。

科学革命的先驱

伽利略为人类思想解放和文明发展做出了划时代的贡献。在当时的社会条件下，为了争取不受强权和旧传统压制的学术自由，为了近代科学的成长，他进行了不懈的斗争，向全世界发出了响亮的声音。因此，他是科学革命的先驱，也可以说是“现代科学之父”。虽然他晚年最终被剥夺了人身自由，但他创造新科学的意志并没有动摇。他追求科学真理的精神和成就将永远为后人所敬仰。

1979年，梵蒂冈教皇保罗二世代表教廷公开为伽利略平反，认为300多年前教廷对他的迫害是一个严重的错误。这说明梵蒂冈最终承认了伽利略的主张，即宗教不应该干涉科学。

参考资料:

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响应者:D火焰舞者H-见习魔术师2级5-29 21:34

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你自己去看看吧。

被申请人:徐国水1-举人四级5-29 21:34

一个叫老贾的叔叔。有一天，他闲着没事就去别沙斜塔玩。看到很多孩子朝它扔石头，他就想，孩子就是孩子，做什么都是小儿科。看看你叔叔和我！立刻举起两个铁球往下扔！

被调查人:49205455-举人5级-29 21:34

一起着陆

受访者:火星冰麒麟-试用期一级5-29 21:35。

据说意大利伟大的科学家伽利略·伽利莱在1590年做了一个著名的斜塔自由落体实验。他让两个不同重量的铁球从塔顶垂直落下，同时落地，从而推翻了古希腊著名学者亚里士多德关于不同重量的物体下落速度不同的定理。因此，比萨斜塔在全世界更加有名。

古希腊哲学家亚里士多德认为重的物体比轻的物体下落得快。这是符合人的常识的，比如玻璃弹珠比羽毛掉得快。伽利略认为下落的速度与重量无关，所有物体下落的速度都是一样的。许多人反对这种观点。为了让人信服，伽利略跑到比萨斜塔上，扔下两个不同重量的铁球。结果两个铁球同时落地，于是伽利略赢了。

这个故事很可能是毫无根据的。首先，当时没有理想的计时工具。伽利略发现钟摆的等时时间是用自己的脉搏记录的，可见当时科学仪器的缺乏。如果做这个实验，很难同时投出两个球。即使同时做，也无法准确判断落地时间。其次，空气阻力会影响球的下落。玻璃弹珠比羽毛下落得快，因为空气阻力对羽毛的下落有很大影响。两个铁球受空气阻力影响，落地时间很可能不同。实验结果对伽利略不利。所以在伽利略本人留下的记录中，并没有提到比萨斜塔实验。

事实上，伽利略从逻辑推理上批判了亚里士多德的理论。他想象一个重的物体(如铁球)和一个轻的物体(如木球)会同时落下。根据亚里士多德的理论，当然铁球会掉得快，木球会掉得慢。现在，想象一下把铁球和木球绑在一起，同时扔出去。会发生什么？一方面，铁球和木球构成了比铁球重的物体，应该比铁球下落得快；另一方面，铁球被木球拖动，其速度应该在铁球和木球之间。这样，从同一个理论中得出了两个相互矛盾的结论，所以亚里士多德的理论是值得怀疑的。正确的结论应该是下落速度与重量无关。

现代实验的真正之父、现代实验科学的创造者伽利略并不满足于逻辑推理。他想用实验来检验他的想法。但是我们没有跑到比萨斜塔上丢两个铁球，而是在室内用精心设计的斜面做实验。他做了很多不同坡度的斜坡，斜坡尽量平滑。然后他在不同的斜面上滚下各种重量的铜球。他发现物体滚下斜面，做加速运动。但只要斜面的斜度不变，无论铜球滚下的重量是多少，加速度都是一样的；加速度与重量无关，但与坡度有关。坡度越陡，加速度越大，坡度越平缓，加速度越小。极限情况下，斜面完全水平，加速度为零。如果一个物体不受外力，它应该总是沿直线匀速运动，这其实就是牛顿第一定律。如果斜面完全垂直，就相当于自由落体，此时加速度最大，但对于任何重量的物体，加速度都是一样的。

伽利略做了比萨斜塔的谣言来自于伽利略晚年的学生薇薇恩。他在传记中提到伽利略做过这个实验。但是历史学家已经证实，没有理由表明伽利略做了这个实验。值得一提的是，在1586中，荷兰物理学家斯台文使用了两个大小不同、重量比为1: 10的镜头，让它们从30英尺的高度落下。结果两人几乎同时落在了地上的木板上，旁观者都能听到两枪打在木板上的声音。1612年，一位亚里士多德式的物理学家为了反驳伽利略，在比萨斜塔做了一个实验。结果显示，材质相同但重量不同的物体不会同时到达地面。伽利略在《两个新科学》中对此进行了辩护，意思是当两个重量为1: 10的物体下落时，只有很小的距离，但亚里士多德说相差10倍。为什么无视亚里士多德这么大的错误，盯着我的小错误？这也说明伽利略没有做这个实验。