意大利-比萨斜塔和一堂物理课
目的地简介:比萨(Pisa),意大利中部名城。以比萨斜塔闻名于世。
始建于公元前1世纪,中世纪成为商业枢纽,是当时意大利最早独立的城邦国家。在鼎盛时期11世纪,和威尼斯,热那亚等同被称为“海上共和国”,与佛罗伦萨分庭抗礼,至15世纪初被后者击败并入。
从佛罗伦萨往西约一个小时车程,就到了著名的比萨。
比萨斜塔对于意大利如同巴黎铁塔对于法国,是国家级地标,勾起外邦人对这个国家最浪漫的想象。
相信第一次到比萨的人,都会和我当初一样,本是慕名而来看斜塔,却惊叹于奇迹广场上比萨大教堂建筑群整体之美。
这是一组罗马风格的宗教建筑群。大教堂始建于1063年,厚重庄严却又不失灵动,正面的柱廊和半圆形后殿增加了建筑的圆润感,大大小小五层拱门交相辉映,展示出极高的建筑装饰水平。
洗礼堂始建于1153年,基本样式和主教堂和谐统一,但在二层罗马式拱顶上加盖了哥特式尖顶,这在当时是最先锐的风格。
哥特式于12世纪在法国兴起,后来的400年成为欧洲最受欢迎的主流建筑样式。洗礼堂这一大胆混搭使它成为两种风格呈前启后的经典之作。
墓园建筑特别简练高雅,内部花园显得宁静安祥,是个理想的长眠之地。
事实上,象这样的主教堂,洗礼堂,钟楼,墓园全部完整保留的建筑群并不多见。它为后世欣赏罗马式宗教建筑群提供了完美的模板。
我们所熟知的“比萨斜塔”本是教堂的钟楼,属于教堂建筑群的必要组件。它始建于1173年,风格同样与主教堂和谐统一,圆形设计的钟楼在当时是相当前卫的,和主教堂及洗礼堂形成视觉上的连续性。
如果钟楼没有斜的话,比萨大教堂的建筑成就是足以成为后世观光瞻仰的旅游目的地的。但还不至于蜚声海外,代言意大利。
可是它斜了。
由于地基土壤成分的不均匀,从建到第三层开始人们就发现不对劲了,以后170多年的建筑过程中,可怜的建筑师们想尽了办法对它进行修正,但直到完工封顶,也没能完全效正它。
还好建筑师里没有处女座的,不然该会有建筑师自杀身亡的记录吧?
54米高的8层钟楼共安放7口钟,但由于钟楼时刻有倒塌的危险而从来没有撞响过。
以后的700多年间人们继续试图把它扳正,它却越来越斜,有时甚至象不倒翁一样换个方向继续斜,但就是不倒下!
比萨斜塔红了。它成为历届城市管理者永恒的课题,吃瓜群众永恒的话题,人们从各地纷至沓来,一睹这建筑奇观。
明明可以靠颜值,你却要靠绯闻吗?
photo by Coco关于比萨斜塔最著名的故事,应该算伽利略的“比萨斜塔实验”。
中世纪,人们所能接触的科学文化并不多,作为教会钦点的古圣先贤,亚里士多德的科学论著是唯一能被传阅学习的。
亚里士多德对于自由落体的运动有一个论断:自由下落的物体,其运动速度和质量成正比。
也就是说,如果我们把一重一轻两种物体从同一高度同时放下,重的那个会下落得更快,因此先着地。
举个例子:如果你和男票相约跳楼殉情一起死,你应该比他先跳一点点,因为他比你重,在下坠的过程中他“飞”得比你快,会先着地。
有问题吗?
比萨大学年轻的数学老师伽利略表示有问题。
伽利略带着他的粉丝们在比萨斜塔做了一个实验,将重量不等的两个铁球从塔顶同时放下。看两个铁球会不会同时落地。
跟据他的研究,运动中的物体,其任何时刻的速度可以由这个公式计算,与质量无关:
V(t)=V0+a*T (*是乘号)
V0是物体的初始速度,在此实验中,两个铁球由静止放下,等于零。
a是物体受到的加速度,它由物体所受的力决定。在此实验中,我们忽略空气阻力,因此加速度就等于地球引力所造成的重力加速度 g,它在同一地点是个恒定值。
T是物体运动的时间,此实验中两个铁球同时被放下,因此它们的运动时间是相等的。
于是,两个铁球在下落过程中任一时刻运动速度
Vt=V0+a*T=g*T 是相同的,它们会同时落地。
在1590年那个风和日丽的下午,众目睽睽之下,两个铁球果然同时落地!
伽利略红了。他用实验推翻了古圣先贤的权威结论,后来成为文艺复兴运动在科学方面的代表人物。而这个公式,被称为“自由落体定律”,至今收录于中学物理课本。
有问题吗?
其实这只是一个故事,伽利略留下的著作中并未提及这个实验。就算做了,结果很有可能恰恰相反。
根据现代流体力学的理论,即便不考虑塔顶常年的大风,由于空气阻力和湍流的影响,公式中的a也没有那么单纯,不会是g这个恒定值,两球是无法同时到达地面的。
也就是说,亚里士多德通过对日常现象的观察得出了看似正确的结论,却没有发现物体运动的真正规律。伽利略找到了正确的自由落体运动定律,但所谓的铁塔实验,却并不具备理想实验条件。
其实这个实验的意义不在于谁对谁错,而在于在迷信教会迷信权威的中世纪,它向世人提出了“实证”的方法。
一个结论的提出,必须经得起实验的反复证明。这种“实证”的方法,从此成为我们在自然科学领域研究世界探索真理的通用方法,直到今天。
当然,作为一个普通的观光客,你不必纠缠于物理公式定律的理解,除了欣赏建筑之美,不妨在广场上好好发挥你的创意和想象,跟比萨斜塔来张酷酷的同框合影照吧!
说不定哪天它倒下了(科学家的估算是300年之内),你的合影照片就价值连城了呢!