初中物理课本里有伽利略和摆的故事：
同学们，钟表是根据什么原理制成的？400多年前的意大利比萨，年轻的伽利略当时正在比萨大学学习。有一天，伽利略在教堂内做弥撒。教堂穹顶上挂着的吊灯不停地来回摆动，引起了伽利略的注意，他被吊灯摆动的节律性吸引住了。伽利略看得出神，尽管吊灯摆动的幅度越来越小，但每摆动一次的时间似乎是相等的，这个现象令他大为惊奇。于是他决定仔细地观察。后来终于发现了钟表的工作原理（摆的等时性原理）。
爱思考的同学多半会对开始的问题有点儿迷惑，因为现在大部分的钟表不是用摆的原理，而是用石英晶振的原理制作的。而在伽利略发现这个原理之前，已经有人发明了机械钟，伽利略在1583年建立的等时性原理，只是重力摆的理论基础。直到70多年后的1656年，才由荷兰的科学家惠更斯将重力摆的理论引入机械钟，设计了钟摆；第二年，惠更斯指导一个年轻的钟匠成功制造了第一个摆钟。
再回到教堂里的伽利略，当时他在比萨大学可是医学院的学生，也是虔诚的教徒，在教堂不好好做弥撒，为什么要盯着吊灯发呆？
其实传奇的背后还是有很多故事的。伽利略出生在意大利的佛罗伦萨，他的父亲是个落魄的音乐家，曾经喜欢发表独立见解，向权威挑战。但是在现实中却只能靠在老家开小羊毛店维持一家生计。意大利的家庭观念和中国人很像，伽利略的父亲望子成龙，省吃俭用送家里的长子伽利略去比萨学医，希望将来他可以像祖上一位有名的医生那样出人头地。
但是当时大学里教的主要是对拉丁和希腊课本的解释，医学课本里教的理论是希波克拉底的“四液体学说”。根据这种理论，每个人的体内都有四种液体：血液、黏液、胆汁和忧郁液。这四种液体的不同的状态，导致了人拥有不同的气质。体内的这四种液体处于平衡状态时，人的身体就处于健康状态，而疾病则是由于这四种液体的失调所致。医生按这四种液体比例失调的理论，为病人治病的方法就是使多余的液体排出体外，具体说来就是发汗、放血、泻肚子和诱发呕吐等，特别是放血，几乎成了包治百病的良方。医学的发展受时代限制，这在历史中是无法避免的。但是令人难以置信的是，由于基督教会的权威，在大学课堂上任何人都不能对这些经典著作有所怀疑，否则就是大逆不道。当时已经是文艺复兴时代，从音乐和艺术开始，怀疑和批判权威已经成为社会思潮，深受影响的伽利略忍受不了这样的学习环境，经常不去上课。
然而，伽利略并不是不爱学习，他一直对实用数学和物理很感兴趣。到了比萨后，他在父亲的数学家朋友里奇的帮助下开始自学数学，因为怕被爸爸认为是不务正业，伽利略求里奇不要告诉爸爸。有趣的是爸爸知道后默许了这件事，但是怕伽利略知道自己的默许就干脆放弃学医，心情复杂的父亲也让里奇不要告诉伽利略自己的态度。说实话，这样的父子心理也会让中国人产生共鸣，算是父子情深的特殊版本吧！
伽利略从欧几里得和阿基米德的书开始，研究了不少数学和力学著作；慢慢地他也开始看哲学家的著作，其中就包括亚里士多德的著作。亚里士多德是当时的教会和经院学者最为推崇的哲学家和科学家，他的《物理学》被看作是标准的物理学讲义。因此，当看到教堂的吊灯开始摆动时，19岁的伽利略很自然地想起了刚看过的书里亚里士多德说过的“摆经过一个短弧比长弧要快”。他意识到吊灯就是一个摆，而且摆动起来弧度的确是越来越小，那么，真的是越来越快吗？作为医学院的学生，伽利略知道自己的脉搏跳动的时间是均匀的，可以用脉搏跳动的次数来比较吊灯摆动的快慢。他发现，无论摆动的幅度如何，脉搏计算的次数都是一样的！
故事补充到这里好像就结束了。不过我们还可以再想一想，为什么亚里士多德的判断看上去符合我们的直观印象却是错误的呢？这是因为亚里士多德忽略了摆的长短对摆动的快慢有影响。不同长度的摆，弧线不同，周期也不同，他混淆了不同摆长的摆之间的摆动现象和同一个摆的不同摆动弧度的摆动现象。和亚里士多德相对应的正确说法应该是“如果短摆和长摆用同样的初始角度摆动，短摆的弧度短而且快”。亚里士多德没有深入思考摆的各种状态，犯了想当然的错误，而基督教会对于亚里士多德的尊崇放大了这个错误。实际上在伽利略之前的好几个世纪，等时性早已为阿拉伯人所熟知。而伽利略是第一个用严谨的科学态度和数学方法去研究这一现象的人，持续的实验和研究让伽利略发现，摆的周期不仅和划过的弧线无关，也和摆线上悬挂物的多少和质量无关，这个周期只和摆线长度有关，并进一步证明其摆动周期和摆线长度的平方根成正比。也就是说如果不考虑阻力的影响，悬挂在等长线上的一个软木球和一个铅球的摆动规律是相同的。
还有一点也值得说明，那就是等时性原理只有在摆动角度很小的情况下才可以很清楚地观察到，要观察到这个现象在日常生活中可不容易。而比萨大教堂里的青铜吊灯却是一个特殊例子。根据资料显示，比萨大教堂的屋顶外正立面有大约32米高，保守地估算挂吊灯的绳子也应该有20多米；如果我们按25米估算，那么摆动的周期就有10秒左右。如果摆动角度有5°，那么可以观察到的弧线就有2米；如果摆动角度是1°，那么也有0.4米的弧线可以观察。加上教堂的门在做弥撒的时候应该是关上的，受气流的影响也很小，这的确是一个难得的观察场地，不得不说伽利略发现单摆的等时性，运气还真的不错呢。
授权方：湖北科学技术出版社
作者：梁军