Nagy emberek kicsiben – Galilei és a pisai ferde torony

Szinte minden fizikatanár elmondja diákjainak, hogy a legenda szerint Galileo Galilei a pisai ferde toronyból hajigált le különféle tárgyakat – így állapította meg, hogy a tömegvonzás független a testek anyagától. A legtöbbször azt is hozzáteszi, hogy ilyen kísérleteket nem folytatott. Valóban. Ennek ellenére a történet igaz. A nagyközönség számára szervezett bemutatókon került sor a tárgyak hajigálására.

A zenész Vicenzo papának nem kell forognia a sírjában: igaz, hogy csemetéje elbitangolt a matematika területére, viszont a tőle ellesett módszerrel helyezte új alapokra a fizikát. Ugyanis Galileo kísérleteit lejtőn végezte, amelynek dőlésszögét változtatta, ezeken gurította le a különböző anyagokból készült golyókat. Az ő zsenije kellett ahhoz, hogy rájöjjön: a lejtőn guruló golyó ugyanúgy viselkedik, mintha szabadon esne, viszont így lassított film módjára, könnyebben megfigyelhetők az események. Mivel ebben az időben mindössze a nap- és a homokórát ismerték, egyikkel sem lehetett másodperceket mérni, az apjától ellesett módszert használta az idő mérésére. Meghatározott távolságokban a golyók útjába húrokat feszített ki oly módon, hogy azok áthaladás közben megpendüljenek, de ne lassítsák le a gurulást. Eközben azokat a pontokat kereste, ahol az egyre gyorsuló golyó azonos időközönként pendíti meg a húrt. Nem kellett sokáig várni a végeredménnyel: kiderült, hogy ez mértani sor szerint következik be. A második húr kétszer akkora távolságba kerül, mint az első, a harmadik négyszer akkorára, vagyis a következő útszakasz mindig kétszerese lett az előzőnek. Ezt képletbe írva megalkotta a tudománytörténet első egyenletét. Nem csoda, hogy ezek után kijelenthette: a természet a matematika nyelvén beszél hozzánk.

A szabadesés törvénye

Már azzal is beírta nevét a tudománytörténetbe, hogy matematikai alapokra helyezte a fizikát. Csakhogy lejtőkísérletei közben rájött egy általános érvényű szabályra, a szabadesés törvényére, amely alapjaiban rengette meg a korabeli világképet.

Az addig uralkodó arisztotelészi világképről érdemes tudni, hogy tapasztalati úton határozta meg a törvényszerűségeket. Lehetett látni, hogy a Nap kering a Föld körül. A csillagok az égboltra szegezve állnak. A mozgó testek egy bizonyos idő múltán megállnak. A nehezebb vasgolyó gyorsabban ér földet a könnyű tollpihénél. Ezekből a hétköznapi megfigyelésekből alakult ki az arisztotelészi világkép, amely mindenben megfelelt a tapasztalatnak. Viszont Galilei szabadesés-kísérletei közben feltette a kérdést: nem lehet, hogy azért esik gyorsabban a nehezebb test, mert egy rejtett erő elfedi előlünk a valóságot?

Hamarosan meg is találta a választ: a légellenállás lassítja le a nagy kiterjedésű testet. Egyszerű cselhez folyamodott: ugyanolyan méretű fa, üreges réz- és vasgolyót használt. Ekkor megtörtént a csoda: ugyanakkora idő múltán értek földet. Galilei igazán forradalmi felismerése a megfigyelések elvonatkoztatása volt. Tehát nem elégedett meg a kísérlet eredményével, azt valamilyen általános elvbe kívánta helyezni. Rájött, hogy a szabadesés független a tömegtől. E felismerése annyira meghatározta a fizika későbbi fejlődését, hogy egészen a huszadik századig kellett várni, amikor egy hozzá hasonló formátumú tudós, Albert Einstein képes volt továbblépni az általános relativitáselmélet kidolgozásával. Ezzel kapcsolatban sokszor elhangzik a neki tulajdonított mondás: minden relatív. Csakhogy ez a felismerés is Galilei nevéhez fűződik, hiszen ő jött rá a szabadesés törvényéből arra, hogy a földi mozgást a súrlódás akadályozza. Szabadesésnél ez a légellenállás, amihez a talajon a súrlódás adódik. Vagyis ha nem lenne súrlódás, a test örökké mozogna. Ahogyan a bolygók is mozognak. Tehát nem kell a csillagok és bolygók mozgásának fenntartásához semmilyen elmés szerkezet, ahogy azt Arisztotelész hitte. Azt is megállapította, nem lehet megkülönböztetni, hogy a test épp nyugalomban van-e, vagy egyenes vonalú egyenletes mozgást végez. Ez a Galilei-elv végül is Newton első törvényében öltött testet.

Érdekes játékaként a sorsnak az angol tudomány büszkesége Galilei halálának évében született. Az indiaiak erre biztosan azt mondanák, hogy a pisai zseni Newtonként született újjá. Egy biztos: Newton latinul igen, de olaszul nem beszélt.