比萨斜塔 影像记录16
2023年7月13日，我们来到了意大利的比萨，见到了从小就知道的斜塔。还是和想象的有点不一样。
拍了几张照片。
一、比萨
比萨（Pisa）城，位于佛罗伦萨西北方向，是意大利托斯卡纳省的一个城市，历史上是个海滨城市。随着陆地的扩展，比萨距海越来越远了，但这并不能使人遗忘，比萨曾作为海上共和国威镇八方的历史和它作为联结东西方纽带曾起的重要作用。而且，正因为它的历史，它的建筑艺术，今日，比萨已成为著名的旅游城市。
二、比萨斜塔
比萨的名气，很大程度上是受惠于比萨斜塔。
比萨斜塔（Torre pendente di Pisa，Torre di Pisa），比萨城北面的奇迹广场比萨大教堂的后面，是意大利比萨城大教堂的独立式钟楼。
该塔竣工于1350年，但是工程早于1173年8月就开始了。当年，工程进行到第三层时，人们就发现，由于地基、建筑结构等原因，塔身出现了倾斜，于是工程中断了。后来，当政者变了，又延请了新建筑师继续了此工程。
比萨斜塔外墙面均为乳白色大理石砌成，各自相对独立但又形成统一罗马式建筑风格。
比萨斜塔从地基到塔顶高58.36米，从地面到塔顶高55米，钟楼墙体在地面上的宽度是4.09米，在塔顶宽2.48米，总重约14453吨，重心在地基上方22.6米处。圆形地基面积为285平方米，对地面的平均压强为497千帕。倾斜角度3.99度，偏离地基外沿2.5米，顶层突出4.5米。1174年首次发现倾斜。
三、伽利略的实验
1589年的一天清晨，比萨斜塔下面很热闹。比萨大学青年数学讲师，25岁的伽利略和他的助手，准备从塔上同时丢下一个10磅重和另一个1磅重的铁球，看它们是否同时落地。看客中，有等待年轻人出丑的比萨大学教授，他们身着紫色丝绒长袍；也有学生和镇上的市民，熙熙攘攘地来看热闹。
只见伽利略登上塔顶，将一大一小两个铁球同时抛下。在众目睽睽之下，两个铁球出人意料地差不多是平行地一齐落到地上。面对这个无情的实验，在场观看的人个个目瞪口呆，不知所措。
四、伟大的伽利略
古希腊权威思想家亚里士多德（公元前384—322年）曾经断言：物体从高空落下的快慢同物体的重量成正比，重者下落快，轻者下落慢。比如说，10磅重的物体落下时要比1磅重的物体落下快10倍。1800多年来，人们都把这个错误论断当作真理而信守不移。
直到16世纪，伽利略（公元1564—1642年）才发现了这一理论在逻辑上的矛盾。伽利略说，假如一块大石头以某种速度下降，那么，按照亚里士多德的论断，一块小些的石头就会以相应慢些的速度下降。要是我们把这两块石头捆在一起，那这块重量等于两块石头重量之和的新石头，将以何种速度下降呢？
如果仍按亚里士多德的论断，势必得出截然相反的两个结论。一方面，新石头的下降速度应小于第一块大石头的下降速度，因为加上了一块以较慢速度下降的石头，会使第一块大石头下降的速度减缓；另一方面，新石头的下降速度又应大于第一块大石头的下降速度，因为把两块石头捆在一起，它的重量大于第一块大石头。这两个互相矛盾的结论不能同时成立，可见亚里士多德的论断是不合逻辑的。
伽利略进而假定，物体下降速度与它的重量无关。如果两个物体受到的空气阻力相同，或将空气阻力略去不计，那么，两个重量不同的物体将以同样的速度下落，同时到达地面。
于是有了上面的实验。
注意，伽利略做这件事其实是理论先行的。
这个题目（伽利略比萨斜塔铁球试验）貌似考察自由落体运动，实际考察的是非自由落体运动。相同的明信片受到重力相同，所以影响明信片的主要是空气阻力，垂直下落受到阻力小，水平下落时阻力大，所以垂直下落的先落下,明信片在后,要是都是铁球,垂直下落受到阻力小,同时落地。
这个被科学界誉为“比萨斜塔试验”的美谈佳话，用事实证明，轻重不同的物体，从同一高度坠落，加速度一样，它们将同时着地，从而推翻了亚里士多德的错误论断。这就是被伽利略所证明的，现在已为人们所认识的自由落体定律。“比萨斜塔试验”作为自然科学实例，为“实践是检验真理的惟一标准”这一说法提供了一个生动的例证。
五、争议
在小学四年级的语文课本上，这个故事被描述得惟妙惟肖，课文的题目叫《两个铁球同时落地》。
只是课本并没有提到，被称为天才科学家的霍金，在其1988年出版的《时间简史》里，已经毫不含糊地写道，“这故事几乎不可能是真的”，伽利略只不过做了一个两个小球从斜面滚下的类似实验。而在1929年出版的《科学史》里，著名科学史家丹皮尔也认为，伽利略也许做了这个实验，但“好像不是在比萨斜塔上”。也有人认为这个实验是伽利略的学生做的；还有人说这个实验是伽利略的学生杜撰的；又有人说这个实验在地球上是很难成功的，伽利略只是理想地假设了这个是试验；还有人说伽利略从来没有在其著作中提到过这个实验，事实上当时也没有做此实验的条件。总之，有相当一部分人认为伽利略的“两个铁球同时落地”的故事只是一个故事，在伽利略的文章中，也找不到这样的记载，包括地方的记载中，也没有这样一个实验。
伽利略在比萨斜塔做自由落体实验的故事，记载在他的学生维维安尼（Vincenzo Viviani，1622年—1703年）在1654年写的《伽利略生平的历史故事》（1717年出版）一书中，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。
附录1.关于比萨斜塔
（1）建造历史
意大利比萨斜塔修建于1173年，它由著名建筑师那诺·皮萨诺主持修建。它位于罗马式大教堂后面右侧，是比萨城的标志。
开始时，塔高设计为60米左右，但动工五六年后，塔身从三层开始倾斜，直到完工还在持续倾斜，在其关闭之前，塔顶已南倾（即塔顶偏离垂直线）3.5米。1990年，意大利政府将其关闭，开始进行整修工作。
在实际工作中，许多有关专家对比萨斜塔的全部历史以及塔的建筑材料、结构、地质、水源等方面进行充分的研究，并采用各种先进的仪器设备进行测试。
比萨中古史学家皮洛迪教授研究后认为，建造塔身的每一块石砖都是一块石雕佳品，石砖与石砖间的粘合极为巧妙，有效地防止了塔身倾斜引起的断裂，成为斜塔斜而不倒的一个因素。但他仍强调指出，当务之急是弄清比萨斜塔斜而不倒的奥妙。
从事观测该塔的专家盖里教授根据比萨斜塔近几年来倾斜的速度推测出，斜塔将于250年后因塔身的重心超出塔基外缘而倾倒。但是公共事务部比萨斜塔服务局的有关人员，针对盖里教授的看法提出了反驳，认为只按数学方式推算是不可靠的，比萨斜塔是“一个由多种事实交织成的综合性问题”。
另一些研究者调查发现比萨斜塔塔身曾一度向东倾斜，尔后又转向南倾斜，他们同样认为该塔在过去几百年间斜而不倒，250年后倒与不倒恐怕不能局限于简单的假设和预测。
当然，最关心斜塔命运的自然是比萨人，尽管他们也对斜塔的倾斜感到担忧，但更多的是骄傲和自豪，为自己的故乡拥有一个自认为可与世界上著名建筑媲美的斜塔而感到自豪。他们坚信它不会倒下，他们有这样一句俗语，比萨塔像比萨人一样健壮结实，永远不会倒下去。
他们对那些把斜塔重新纠正竖直的建议最为深恶痛绝。如1934年，在地基及四周喷入90吨水泥，实施基础防水工程，塔身反而更加不稳，向周围移动，倾斜得更快。
比萨大教堂钟楼的建造开始于1173年8月，设计为垂直建造，但是在工程开始后不久（1178），便由于地基不均匀和土层松软而倾斜，1372年完工，塔身倾斜向东南。
工程曾间断了两次很长的时间，历经约二百年才完工。它的设计者是那诺·皮萨诺。
在钟楼入口右侧墙上发现的碑铭记录了钟楼开始建造的年代：“A.D. MCLXXIV. CAMPANILE HOC FUIT FUNDATUM MENSE AUGUSTI”，译为“此钟楼奠基于公元1173年8月”。
（2）倾斜原因
过去人们曾一度认为钟楼是故意被设计成倾斜的，但是事实并非如此。
作为比萨大教堂的钟楼，1173年8月9日开始建造时的设计是垂直竖立的，原设计为8层，高54.8米，它独特的白色闪光的中世纪风格建筑物，即使后来没有倾斜，也将会是欧洲最值得注意的钟楼之一。
比萨斜塔为什么会倾斜，专家们曾为此争论不休。尤其是在14世纪，人们在两种论调中徘徊，比萨斜塔究竟是建造过程中无法预料和避免的地面下沉累积效应的结果，还是建筑师有意而为之。
进入20世纪，随着对比萨斜塔越来越精确的测量、使用各种先进设备对地基土层进行的深入勘测，以及对历史档案的研究，一些事实逐渐浮出水面：比萨斜塔在最初的设计中本应是垂直的建筑，但是在建造初期就开始偏离了正确位置。
在1178年，当钟楼兴建到第4层时发现由于地基不均匀和土层松软，导致钟楼已经倾斜偏向东南方，工程因此暂停。
期间的1198年，记载了钟楼内撞钟的存在，这标志着钟楼虽然倾斜，但至少悬挂了一个撞钟，实现了它作为钟楼的初衷。
1231年，工程继续，第一次有记载钟楼使用了大理石。建造者采取各种措施修正倾斜，刻意将钟楼上层搭建成反方向的倾斜，以便补偿已经发生的重心偏离。
1278年进展到第7层的时候，塔身不再呈直线，而是为凹形。工程再次暂停。
1292年，Giovanni Pisano用铅垂线测量了钟楼的倾斜度。
根据现有的文字记载，比萨斜塔在几个世纪以来的倾斜是缓慢的，它和它地基下方的土层实际上达到了某种程度上的平衡。
在建造的第一阶段第3层结束时，钟塔向北倾斜约1/4°。
在第二阶段由于纠偏过度，1278年第7层完成时反而向南倾斜约0.6°。
1360年建造顶层钟房时增加到1.6°。
1817年，两位英国学者Cresy和Taylor用铅垂线测量倾斜，那时的结果是5°。
1550年Giorgio Vasari的勘测与1817年Cresy和Taylor的勘测之间相隔267年，倾斜仅增加了5厘米。因此人们也没有对斜塔进行特意的维修。
1360年，在停滞了差不多一个世纪后钟楼向完工开始最后一个冲刺，并作了最后一次重要的修正。
1372年摆放钟的顶层完工。54米高的8层钟楼共有7口钟，但是由于钟楼时刻都有倒塌的危险而没有撞响过。而且一直不断地向下倾斜。
比萨斜塔之所以会倾斜，是由于它地基下面土层的特殊性造成的。比萨斜塔下有好几层不同材质的土层，各种软质粉土的沉淀物和非常软的粘土相间形成，而在深约一米的地方则是地下水层。这个结论是在对地基土层成份进行观测后得出的。最新的挖掘表明，钟楼建造在了古代的海岸边缘，因此土质在建造时便已经沙化和下沉。
然而1838年的一次工程导致了比萨斜塔突然加速倾斜，人们不得不采取紧急维护措施。当时建筑师Alessandro della Gherardesca在原本密封的斜塔地基周围进行了挖掘，以探究地基的形态，揭示圆柱柱础和地基台阶是否与设想的相同。这一行为使得斜塔失去了原有的平衡，地基开始开裂，最严重的是发生了地下水涌入的现象。这次工程后的勘测结果表明倾斜加剧了20厘米，而此前267年的倾斜总和不过5厘米。
1838年的工程结束以后，比萨斜塔的加速倾斜又持续了几年，然后又趋于平稳，减少到每年倾斜约0.1厘米，塔身偏离“自然姿势”已有5米多。
（3）建筑特色
比萨斜塔是意大利比萨城大教堂的独立式钟楼，为罗马式建筑风格。
比萨斜塔下层是实墙，用壁柱做装饰，中间六层外面 用连续券做装饰，最上一层内收结束。
比萨斜塔塔身的每一块石砖都是一块石雕佳品，石砖与石砖间的粘合巧妙，有效地防止了塔身倾斜引起的断裂，成为斜塔斜而不倒的一个因素。
比萨斜塔的装饰格调继承了大教堂和洗礼堂的经典之作，墙面用大理石或石灰石砌成深浅两种白色带，半露方柱的拱门，拱廊中的雕刻大门，长菱形的花格平顶，拱廊上方的墙面对阳光的照射形成光亮面和遮荫面的强烈反差，给人以钟楼内的圆柱相当沉重的假象。
附录2.伽利略
伽利略·伽利雷（Galileo Galilei，1564年2月15日－1642年1月8日），意大利物理学家、数学家、天文学家及哲学家，科学革命中的重要人物。其成就包括改进望远镜和其所带来的天文观测，以及支持哥白尼的日心说。
伽利略做实验证明，感受到引力的物体并不是呈匀速运动，而是呈加速度运动；物体只要不受到外力的作用，就会保持其原来的静止状态或匀速运动状态不变。他的工作，为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。
1609年8月21日，伽利略展示了人类历史上第一架按照科学原理制造出来的望远镜。
伽利略1642年1月8日卒于比萨。
他被誉为“现代观测天文学之父”、“现代物理学之父”、“科学之父”及“现代科学之父”。
