伽利略的实验方法和科学思想

物理学发展到公元16，17世纪，吉尔伯特和伽利略等一批科学家，把实验方法与物理规律的研究结合起来，对物理学的发展作出了划时代的贡献。伽利略是其中杰出的代表。
　　
　　伽利略作了摆的实验，说明单摆的周期与摆长的平方根成正比，而与摆的质量和材料无关。他做了斜面实验，验证了物体在重力作用下作等加速运动的性质，总结出物体从静止开始作筹加速运动时，运动的距离与时间的平方成正比的普通公式，并且利用几何关系，建立了等加速运动的平均速度与末速度关系的数学表达式。他还根据实验事实或利用演绎推理，得出了许多物理学的理论结论。
　　
　　伽利略的实验方法和实验的科学思想有以下几个特点：
　　
　　1．把数学与实验密切地结合起来，把各个物理量之间的
　　
　　关系用数学表达式表示出来，揭示了各个物理量之间的内在的联系，把实验结果上升到普遍的理论高度。
　　
　　2．有意识地在实验中丢开一些次要因素，造成理想化的物理条件，抓住问题的根本。如在物体下落(下滑)时不考虑空气的阻力。同时，又要力求把实验条件做得尽量完善和符合数学要求。这样，就可以获得超越这一实验本身的特殊条件的认识。
　　
　　3．设法改变实验的测量条件，使之易于观测。他的斜面实验是“冲淡引力”，把物体在一定高度下自由下落的时间“放大”，使在他那时的测量条件下变得可以测量。
　　
　　4．提出“要用实验去验证理论”。他认为，要从观察到的材料中找出规律，然后用实验验证。如果发现与事实不符，立即回过头来考查自己的结论。科学实验不应该是偶然的和无计划的，而是具备了进行实验的理论概念之后，为了证明它才去做的。数学证明之所以必须服从实验判断，是因为一次单独的实验可以推翻或确证所有可能的论据。当然，理论与实验的关系还不是那样简单地可以概括的。而正是他，首先提出和强调了这二者的关系，其思想是卓越的。他还预言了一些可以进一步用实验验证的结果。
　　
　　5．把实验方法与理论联系起来，还有一个非常重要的特点是，他在实验的基础上，进行理论的演绎或逻辑的推理，得出了超过实验本身的更为普遍的理论结论。他认为：
　　
　　“实验可以用来决定一些原理，并作为演绎方法的出发点。”
　　
　　例如，他从斜面实验的结果中得出
　　
　　“……一个运动的物体假如有了某种速度以后，只要没有增加或减少速度的外部原因，便会始终保持这种速度——这个条件只有在水平平面上才有可能。因为，假如在沿斜面运动的情况里，朝下运动则已经有了加速的起因，而朝上运动，则已经有了减速的起因，由此可知，只有水平的平面上的运动才是不变的。因为，假如速度是不变的、运动既不会减小或减弱，更不会消灭。”
　　
　　这实际上就是惯性定律。它不是直接从实验得出的，而是在实验的基础上，根据推理概括出来的。同样，他从不断改变斜面的倾斜度得出，如果最终把斜面竖直起来就是自由落体，因此，自由落体也是一种等加速运动。
　　
　　再举一个例子，从斜面实验的结果，伽利略预言抛射体沿水平方向是匀速运动，而沿竖立方向是引力作用下的自由落体运动，从此得出抛射体的运动轨道。他说：
　　
　　“通过发现一件单独事实的原因，我们对这什事实所取得的知识，就足以使我们理解并肯定一些其他的事实，而不需要求助于实验。正如目前这个事例所显示的那样，作者单凭论证就可以有十足的把握证明仰角在四十五度时射程最远。”
　　
　　伽利略表明，从已知的现象可以证明“可能是从来没有被观察到的事情。”
　　
　　因此，伽利略把科学的实验方法发展到了一个完全新的高度，从此开始了物理学的一个新的时代，使物理学走上了真正科学的道路。爱因斯坦评论说：
　　
　　“伽利略的发现，以及他所用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。”
　　
　　伽利略这些卓越的关于实验方法的科学思想，对于当前的实验工作和学习，也有着深刻的指导意义。