比萨斜塔(下) 江铭辉 五梦网
九、今日的比萨斜塔
看样子比萨斜塔的扶正是不可能的,但义国政府也不可能放手不管,让它倾倒。
这座比萨斜塔从1173年建造开始,倾斜的问题一直受到人们的关注。进入20世纪以后,随着科学技术的发展和政府部门的投入,对比萨斜塔维护的研究工作有了进展,专家成立委员会评估任何一个可能导致倾斜加剧危险的可能性,并研发阻止继续倾斜及逆转倾斜的方法。
由于倾斜程度过于危险,比萨斜塔曾在1990年1月停止向游客开放,经过12年的修缮,耗资约2500万美元,斜塔被扶正44厘米,达到了基本上预期的效果。专家认为,只要不出现不可抗拒的自然因素,经过修复的比萨斜塔,300年内将不会倒塌。
2010年12月,维修人员历经11年的工作,将比萨斜塔的倾斜角度从原来的5.5度“修正”为3.99度。 专家小组还耗费了8年多的时间,将塔身的24424块石头清洗得焕然一新,以迎接络绎不绝的游客。
2013年10月30日,据香港《文汇报》报导,意大利比萨斜塔终于止住倾斜趋势,最新调查发现,该塔的倾斜幅度在2001年至2013年间,减少2.5厘米。而且塔身目前已向北面靠正,估计这趋势仍会持续,直至稳定下来,之后塔身会再开始倾斜,但速度会较以往慢,未来200至300年塔身结构都会安全。
十、奇迹广场
奇迹广场(Square of Miracles图3)得名于意大利作家邓南遮(Gabriele d'Annunzio)的小说 “L’Ardea roteò nel cielo di Cristo, sul prato dei Miracoli.”这句话充满了诗意,翻译为中文为“阿尔代亚(Ardea )旋转了基督的天空,旋转了奇迹的草地。”
图3:奇迹广场(奇迹广场上的宗教建筑群,从左到右分别是洗礼堂、大教堂和比萨斜塔)
比萨大教堂是罗曼建筑的代表作品,始建于公元12世纪,后被大火焚毁后重新整修并扩建。至今仍能看到整修之后和之前大理石风格有所不同。
十一、伽利略的自由落体和钟摆实验
图4:伽利略
比萨斜塔因伽利略(图4)的自由落体实验而声名大噪,另一个也是著名的伽利略钟摆定律,也是在奇迹广场的比萨大教堂发现。
现在将这二个实验解说如下:
1. 自由落体实验
图4:伽利略曾经从比萨斜塔上端同时将两个重量不同的金属球落下,证实了物体降落的速率与重量无关,它们确实同时抵达地面。
比萨斜塔最为脍炙人口是伽利略1590年的一天,当着比萨大学全校师生的面前,在比萨斜塔的七层阳台上做了落体实验,证明物体无论轻重,从比萨斜塔的七层阳台上丢下,皆会同时间到达地面(图5)。这件事的记载是来自伽利略的学生维维安尼 (Vincenzo Viviani,1622~1703)在1654年写的《伽利略生平的历史故事》。
但伽利略、比萨大学和同时代的其他人都没有关于这次实验的记载。对于伽利略是否在比萨斜塔做过自由落体实验,历史上一直存在着支持和反对两种不同的看法。
图5:伽利略曾经从比萨斜塔上端同时将两个重量不同的金属球落下,证实了物体降落的速率与重量无关,它们确实同时抵达地面。
2. 钟摆实验
伽利略在比萨大学念书时,发现了他第一个科学定律:钟摆定理,这个实验的灵感据传来自于观察比萨大教堂中央铜质吊灯的摆动,过程如下:
伽利略一生一直都是个虔诚的天主教徒。他在比萨大学时,年个礼拜天都固定到比萨天主教堂望弥撒。1583年的一个星期天,他像往常一样,他穿上体面的长袍,跟着人潮到教堂去。
似乎命中注定,在这个特别的星期天,礼拜仪式是由一位来访的教士王持,应邀讲了一篇非常冗长无聊的演说。没多久,伽利略就感到不耐烦了,眼睛开始在教堂的拱形天花板上来回游荡。这时,他的目光被头顶上一盏来回摆荡的吊灯所吸引;没一会儿功夫,他似乎写这盏吊灯来回摆荡的韵律给催眠了。突然间,一个念头闪过脑际。以前他也曾见过许多摆动中的物体,可是从未发现过其中蕴含的意义。
今天他发现:有时候吊灯摆动的距离较短,有时候则因为风吹的关系,摆动的距离变长。然而,无论距离的长短,吊灯完成一次摆荡所花费的时间却是一标的。
他没有测时器计算摆动实际所需要的时间,伽利略便依照他在大学里做实验时用的方法,以自己的脉搏跳动来测量。
当沉闷的讲道结束时,伽利略对这个发现也有了明确的结论:从一瑞荡到另外一端,每一次摆动来回所花费的时间皆相同:即使因风吹而摆动的幅度或大或小,结果仍是不变。
弥撒终了,伽利略马上冲回他在学校的住所,开始以家中的吊灯做起实验。他在吊灯上以不同长度的线悬挂重物,然后再以他唯一的测时器,自己的脉搏跳动,测量摆动的时间。虽然这种测量法不是十分精确,但是可以肯定的是,他最初的想法是正确的。
伽利略因此发明了钟摆,并公布钟摆的原理:「无论钟摆摆动的幅度大或小,完成一次摆动所需的时间都相等。」
不久利用这个原理一个准时的时钟诞生了。