科学史上的“神话”
从17世纪到18世纪末，是人类的启蒙时代，我们中学学的很多知识，都是人们在那个时代第一次认识到的。同时我们也听到了很多科学上的“神话”故事，例如：阿基米德的浴缸，哥白尼的日心说，牛顿的苹果，瓦特的茶壶，爱因斯坦的小板凳……科学史上流传着太多我们耳熟能详的故事。它们带着强烈的传奇彩，在孩提时代曾那样打动我们的心灵，唤起我们对于天才们的深深崇敬和对于科学的无限向往。
然而时至今日，我们再度回头审视这些传说，却会发现许多时候，它们的象征意义过分浓厚，从而不可避免地掩盖住了历史的本来面目，掺入了太多情感的成分。令人吃惊的是，大家从小所熟悉的那些科学家的故事，若是仔细推敲起来，几乎没有多少是站得住脚的。传奇最终变成了神话，而我们也终究长大。
第一章：阿基米德的浴缸
让我们按照时间顺序，首先从阿基米德开始。很少人不知道阿基米德量金冠的故事，这个传说并非空穴来风，它首先被记载于公元前1世纪罗马的建筑师维特鲁乌斯的著作中。根据记载，
叙拉古的国王耶罗二世做了一个金冠要献给神，但他怀疑金匠私吞了一部分金子，而以同等质量的银子代替，便命阿基米德想办法在不破坏王冠的情况下测出它是否为纯金。阿基米德冥思苦想，终于在一次洗澡的时候，他发现浴缸里的水随着身体的浸入而不断溢出，于是突然恍然大悟，光着身子跳出浴缸，嘴里还叫着：“我到了,我到了！”这个词从此被作为灵感来临的象征，成为多少人梦寐以求的时刻。
阿基米德的方法是，把金冠扔进一个盛满水的桶中，测得溢出水的体积。然后把同等重量的纯金也扔进满水的桶中，得到溢出水的体积。如果金冠掺银的话，它的体积就要比同等重量的纯金要大，因此排出的水相应地便多。
这个故事听上去当然无懈可击，不过稍作计算的话，很难想像阿基米德真的可以用这种方法来实际地解决问题。所以这个故事大概率是杜撰的，它是一个罗马建筑师在时隔两个世纪以后才讲述的，而且伽利略也早已指出了这个故事隐含的谬误：纯金、纯银和金银混合物的排水量差异太微小，很难测量出来，而且表面张力和残留在花环上的水都会造成误差。
希腊时代的王冠其实就是“桂冠”，也就是像奥运会上那种用橄榄枝围一圈戴在头上的那种“花环”。从考古实物来说，目前出土的最大的王冠重714克，直径18.5厘米，为了简便，我们往
宽里计算，假设阿基米德的王冠重1千克，直径20厘米祇好了。因为纯金的比重是19.3g/cm3，所以1千克重的金子实占体积51.8cm3。现在假设金匠往王冠里掺了30%的银子，那么银子的比重是10.6 g/cm3，该王冠实占体积差不多是64.6cm3。
把王冠和纯金放进尽可能窄的桶里（王冠直径20cm，则桶口的面积最小是314cm2），王冠能造成0.206cm的水位上涨，纯金则是0.165cm。相比之下，落差只有0.041cm，也就是0.4毫米！不要说阿基米德时代，就算在现代的中学里，要测出这样一个差值都是相当困难的！而且，任何其他因素，比如水的表面张力，水中的气泡等都能轻易地造成同等的误差，这造成了该方法实际上的不可行。我们的计算还是宽松的：假如王冠再轻一点，掺的银子再少一点，或桶再大一点的话，差值就更加微小了。
实践上的难度暂且不论，罗马建筑师的本意在于颂扬阿基米德的天才成就，然而这个检测方法却是异常拙劣的！更糟糕的是，这里面却没有用到阿基米德本人的伟大发现浮力定律！其实，如果想称颂阿基米德的话，我们有一种最简单的方法：直接用提秤，把王冠和在空气中同等重量的纯金同时放到水中去称量！因为王冠的体积大，受到的浮力相对也大，所以在水中王冠就会显得比金子要轻，提秤的这端会翘起！如果要使两者在水中保持平衡的话，我们
需要在空气中重1012.8g的纯金才行，相对来说，12.8g的差距是容易测量的，我们甚至能从中轻易地得到掺银的比例。而最关键的是，这才是阿基米德伟大之处的真正体现：浮力定律！如果维特鲁乌斯物理好一点，编造得更聪明一点的话，这个神话也许就没那么容易破灭。
第二章：哥白尼、布鲁诺、伽利略，到底是谁确立了日心说
说到伽利略，大家首先能够想到他是伟大的物理学家和天文学家。但是如果再往下问，他在科学上到底有什么贡献，以至于常常和牛顿、阿基米德等人并列到一起？大家可能会想到他的一些具体的发明发现，比如在比萨斜塔上证实自由落体的加速度恒定，发明望远镜，发现木星的卫星等等。
但是这些零散的发现,通常难以支撑起一个人在科学史上崇高的地位，能享有科学史上崇高地位的人，都需要在构建科学体系上有重大贡献。伽利略出生于1564年，正巧这一年他的佛罗伦萨同乡、文艺复兴的巨匠米开朗基罗去世了。伽利略一生大部分时间都是在美第奇家族的资助和保护下进行科学研究的，他有很多物理学的发现，可以说是翻开了科技史新的一页。不过我们今天只说他最大的贡献：确立日心说。
说到日心说，我们可能会问，不是哥白尼提出日心说的么？的确如此，但是哥白尼并没有能确立日心说的历史地位，这一方面是因为他到死才发表日心说，另一方面是因为他确实没有什么证据证明日心说是对的。因此日心说在哥白尼那里还是一个假说，并非像今天这么严密的科学理论。
在哥白尼之前，不少科学家都提出了类似的假说，比如古希腊的阿利斯塔克在公元前3世纪已提出这种看法，只是没有给出准确的数学模型。此外，当时另一位伟大的科学家阿基米德也建造了两个天体模型，虽然那两个模型被毁了，但是从记载的信息来看，他建立的应该是日心说的模型。到了阿拉伯文明的黄金时代，当地的天文学家比鲁尼也提出了地球自转以及地球绕太阳公转的理论，这比哥白尼早五个世纪。
说到确立日心说这件事，大家可能还有一个印象就是，布鲁诺的贡献也很大，而且还为此付出了生命。这个印象来自我们的宣传，特别是过去的一篇中学课文。在那篇课文中，布鲁诺是水平比哥白尼还高的科学家，坚持真理、反对教会，并且最终为真理献身，给人的感觉是因为有了他，所以大家相信了日心说。虽然布鲁诺宣传日心说，并且被教会处以了火刑，这两点都是事实，并且在布鲁诺之后的很长时间里教会是反对日心说的，但是这三件事加在一起并不能构成“因为教会反动，反对日心说，于是处死了坚持日心说的布鲁诺”这个事实。
对于布鲁诺的审判长达8年之久，他当真是因为坚持科学观点而受审的吗？真相是布鲁诺因为泛神论触犯了教会，根据学者们的研究，宗教裁判所先后对布鲁诺提出的指控足有40项之多，但其中的大部分还是关于神学和哲学方面的，例如布鲁诺怀疑三位一体学说，否认圣母玛利亚的童贞，认为万物有灵，怀疑耶稣的生平事迹，对于地狱和犯罪的错误看法，同时到处揭露教会的丑闻，最终被作为异端处死。而布鲁诺宣扬泛神论用的工具是哥白尼的日心说，这样日心说便被株连了，这一点在 《斯坦福哲学百科全书》有详细的记载。
真正第一个拿事实说话，最终确立日心说地位的科学家是伽利略。为什么伽利略能确立日心说？首先他在工具上就领先了，和之前的天文学家不同的是，伽利略能够看到别人看不到的东西，因为他发明了一种新的工具—伽利略天文望远镜。有了天文望远镜，伽利略观测到了一系列可以支持日心说的新的天文现象，包括木星的卫星体系，金星的满盈现象等等，这些现象只能用日心说才解释得通，地心说则根本说不通，这样日心说才开始被科学家们接受，而被科学家们接受是被世人接受的第一步。
与伽利略同时代的科学家第谷和他的学生开普勒也开始研究天体运行的模型。最终开普勒在他的老师第谷几十年观察数据的基础上，提出了著名的开普勒三定律，将日心说的模型从哥
白尼的很多圆相互嵌套改成了椭圆轨道模型，这样他就用一根曲线将行星围绕恒星运动的轨迹描述清楚了。开普勒的模型是如此简单易懂，而且完美地吻合了第谷的观测数据，这才让大家普遍接受了日心说。伽利略的故事
因此，伽利略的贡献不仅仅是对于日心说的确立，更重要的是确定了科学研究的重要方法：实验和观测。要知道在此之前，人们研究科学的方法并不是出事实，而是依据常识和经典，从生活经验出发，或者干脆从亚里士多德和《圣经》里依据。所以霍金曾经这样评价伽利略：“自然科学的诞生要归功于伽利略。”
另外我们再来关注一下大家所熟悉的那个有关伽利略的小故事：比萨斜塔上的扔球实验。这次名留青史的实验是伽利略的一个学生维瓦尼在为老师写的传记中描述的。根据维瓦尼记述，伽利略在比萨担任教授时，特地召集了比萨大学的所有教授和学生，请他们来观摩斜塔实验。他从塔上扔下了两个不同重量的球，结果发现它们同时落地，于是推翻了亚里士多德体系。这个故事后来在漫长的时光里发展出了多个不同的版本，但概括来说大致如此。
可是，伽利略真的在比萨斜塔上做过这次实验吗？翻阅所有的历史资料，我们发现这个故事的唯一来源就是维瓦尼的记述。当然伽利略的著作中曾经描述过类似的实验，不过他并未指
明说是在比萨做的。如果真的有过这样一次轰动的实验的话，在当时人们的记述中应当留下一些蛛丝马迹，可惜历史学家们从来没有到过其他可以佐证的材料，这使得维瓦尼成了一条尴尬的孤证。从时间上看，维瓦尼自1638年起才成为伽利略的助手，而当时离开所谓的斜塔实验已经有差不多50年的光阴！这就更增加了人们的疑惑。
维瓦尼的伽利略传记在伽利略研究中当然是极为重要的资料，可惜历史学家们很快就发现，这本书里充斥了吹嘘，夸大和不真实的描述。他曾经描写说，伽利略于1583年坐在教堂里看着吊灯的摆动而发现了摆动定律，可人们后来发现这盏灯直到4年后才被挂到比萨教堂里去！类似的破绽在书中还有许多，这不免使得斜塔实验更加显得不大可信。
但是，就算伽利略真的在1589年爬上了比萨斜塔，面对他的学生们扔了两个球，他实际上能证明什么？他又会对学生们说什么呢？当然，他可以证明亚里士多德是明显错误的：两倍重的球决不会下落得快两倍，不过这也算不得什么重大突破。问题在于，伽利略能在斜塔上用实验来证明他自己的理论吗？显然不可能，因为伽利略当时对于落体的看法本身是错误的！他仍然认为，不同质地的物体都会有一个相应的最大速度，落体将在开始经历一个加速阶段，但到了最大速度以后就将一直保持匀速直线。看起来，斜塔实验并不会对他有太大的用
处！后世对于伽利略的颂扬过分到如此的程度，以至于人们都相信在他之前竟没有人指出过这样明显的错误！
时至今日，虽然还有部分学者认为斜塔实验是有可能实际上发生的，大部分科学史家都倾向于把这个故事看成一个虚构的神话。20世纪中，鼎鼎大名的柯瓦雷甚至对伽利略在整个实验科学中的地位都发出了质疑，他认为伽利略的许多实验实际上都只是理论推导的点缀，在体系中并没有基本的地位。而有些在当时则干脆根本难以实现，很可能是凭空虚构出来的！
不过伽利略后来对于落体实验应该是反复研究过的，他的论著中好几处提到这样的现象：当我们同时放开一个轻物和一个重物的时候，似乎总是轻物一开始下落得快，而重物则慢慢地追上并反超！现代高速摄影机证实了这个奇怪的结论，不过原因大概是你所意想不到的：抓着重物的手因为肌肉疲劳的缘故，总是会不自觉地比另一只手迟松开片刻！换句话说，我们没法“同时”放开轻物和重物。
第三章：瓦特的茶壶
不管是阿基米德的浴缸，还是伽利略的斜塔，神话的一大特点就是在当时无人提起也无据可
查，直到漫长的岁月过去，当主角已经名扬天下的时候，它们才纷纷出炉，而且描述得活灵活现。瓦特的茶壶又是一个例子。