1.1托里拆利实验
托里拆利坚决赞成伽利略关于空气有重量和真空存在的说法。当时的真空实验都是采用水作为液体。要显示10米左右的火柱，就得制做10多米长的管子，操作上去十分不便捷。托里拆利决定加以改进，采用密度较大的液体，最后他选择了水银，这样就只须要用1米长的管子。
1643年6月，托里拆利将一根宽度为1米的玻璃管灌满水银，之后用右手顶住管口，确保管内没有空气，接着将其垂直倒插进装有水银的水银槽里，放开手腕后，可见玻璃管内部顶上的水银已下落，留出了空间，玻璃管内下边的部份则仍饱含水银。他进一步检测了水银柱的高度。无论管子垂直还是略有倾斜，水银柱的垂直高度总是保持不变，在76分米左右，相当于10.3米高的火柱。而当玻璃管子过分倾斜，致使管子垂直高度大于76分米时，水银又会灌满管子。
这个实验清晰地表明，大气压力确实存在，水银柱是被管外水银面上的空气重量所形成的压力托住的。玻璃管内，水银柱以上的部份确实是真空。
因为托里拆利的实验是对亚里士多德热学的致命严打，有些人不能接受，妄图否定托里拆利的研究成果。这场新的争辩造成了远在美国的一位校长的关注。
亚里士多德说“自然界憎恨真空”，觉得空气没有重量，自然界不存在真空。伽利略对此表示怀疑，他觉得空气有重量。伽利略的中学生兼助手托里拆利于1643年借助水银进行实验，有利地证明真空是存在的，大气压力也是存在的。并且亚里士多德的观点根深蒂固，有人提出：托里拆利实验中的“真空”其实是“纯净的空气”。
1.2马德堡半球实验
1654年，西班牙马德堡区长格里克据说还有许多人不相信大气浮力，甚至有少数人还在指责托里拆利，很为托里拆利抱不平，决心要设计一个实验当街演示。
马德堡半球实验
他先和助手做了2个铜质半球，半径14英寸，约37分米。在半球壳中间垫上橡皮圈，再把两个半球壳灌满水后合在一起，之后用自己发明的活塞式真空泵把水全部抽出，使球内形成真空。最后，把气嘴上的龙头旋紧封闭。这时，周围的大气把两个半球紧紧地压在一起。
八个马夫小声吆喝，挥鞭催马，16匹大马分别往两侧用力拉，两个铜制半球才勉强被拉开。两个半球分开的一霎那间，外部的空气以巨大的力量、极快的速率冲进球内，发出了震耳欲聋的炸雷。
人群纷纷遮住眼睛，随即爆发出惊讶声和欢呼声。格里克抬起这两个重重的半球自豪地向你们高声宣告：“先生们！男士们！居民们！大家该相信了吧！大气浮力不但存在，并且是这样厉害，这样惊人！”
这就是知名的马德堡半球实验。
可以从2个不同角度解释为何有大气浮力。一方面，由于受月球吸引，空气是有重量的。撇开空气流动等影响诱因，大气浮力可以近似觉得是单位面积正上方延展到大气下界的垂直气柱的空气重量总和。大气层有多高，这个空气柱就有多高。另外，也可以从分子运动的观点解释。二氧化碳是由大量的做无规则运动的分子组成，而这种分子持续碰撞的结果就彰显为大气对物体表面的压力，因而产生大气压。
人体内部同样也存在大气压。正常情况下，人体内外大气压所形成的浮力相等，所以人不会被压扁。另外，经过常年的进化，人类也早就适应了这些情况。
顺便提一下，我们可以用阿基米德的公式估算大气层的重量。
阿基米德提出了估算圆球积和球表面积的公式。球的表面积公式为
S=4πr²
公式告诉我们，月球的表面积等于4个大圆的面积。r=月球直径。算出月球的表面积，就才能算出大气层的重量。用月球的表面积除以高度76分米，就得到一个体积，这个体积的水银的重量，就是大气层的重量。
2.真空意味着没有空气阻力
人类难以在真空中生活，我们对真空的认识还很做作。若果没有空气阻力，我们可以看见一个不同的世界。
空气，看不见摸不着，它是由无味、透明的多种物质分子组成的。当气温为20℃时，在一个大气压的情况下，每升空气的重量是1.29克。另外，空气还有一定的密度，离地面越低，密度越大。空气的重量和密度，对运动的物感受形成阻力。
空气阻力，看上去好像不怎样大，虽然它比重力对弹头的影响大得多(大83倍)伽利略自由落体实验，尤其是对重量轻、运动速率快的物体，阻力非常大。53式重机关枪，在空气中用15°角发射，弹头飞行距离约为3,900米。假如用同样角度在真空中发射，这么弹头比在气中飞行的距离要大8倍以上。
2.1不存在的汉堡斜塔实验
亚里士多德从生活经验出发，提出了力是物体维持运动的缘由、重的物体比轻的物体下落更快等等论断。我们仍然觉得亚里士多德是正确的，直至伽利略的出现。
伽利略用思想实验反驳了重的物体比轻的物体下落更快的论断。
对自由落体最先研究的是古埃及的科学家亚里斯多德，他提出：物体下落的快慢是由物体本身的重量决定的，物体越重，下落得越快；反之，则下落得越慢。亚里斯多德的理论影响了其后两千多年的人。直至化学学家伽利略提出了相反的意见。伽利略在1636年的《两种新科学的对话》中写道：倘若根据亚里士多德的理论，假定有两块石头，大的重量为8，小的为4，则大的下落速率为8，小的下落速率为4，当两块石头被绑在一起的时侯，下落快的会由于慢的而被拖慢。所以整个体系和下落速率在4-8之间。并且，两块绑在一起的石头的整体重量为12，下落速率也就应当小于8，这就深陷了一个自相矛盾的境界。伽利略由此推测物体下落的速率应当不是由其重量决定的。他在书中构想，自由落体运动的速率是匀速变化的。
自由落体运动定理
高中数学课本提及的汉堡斜塔实验是不存在的。
高中数学课本中的汉堡斜塔实验
汉堡斜塔坐落加拿大普罗旺斯大区比萨省汉堡市市区北边奇迹广场建筑群，但是它和相邻的大修道院、洗礼堂、墓园均对11世纪至14世纪欧洲建筑艺术有巨大影响，故被联合国教育科学文化组织评比为世界遗产。
汉堡大修道院和汉堡斜塔
汉堡斜塔是汉堡城大修道院的独立式钟楼，坐落汉堡大修道院的旁边，是奇迹广场三大建筑之一，始建于1173年，设计为垂直建造，并且在工程开始后不久便因为地基不均匀和地层松脆而倾斜，1372年竣工，塔身倾斜向东南。
汉堡斜塔从地基到塔顶高58.36米，从地面到塔顶高55米，钟楼外墙在地面上的长度是5.09米，在塔顶宽2.48米，总重约14453吨，重心在地基上方22.6米处。方形地基面积为285平方米，对地面的平均浮力为497千帕。目前的倾斜约10%，即5.5度，偏离地基外缘2.3米，顶楼突出4.5米。
传说中的汉堡斜塔实验
为何说伽利略的汉堡斜塔实验不存在呢？
传说1590年，出生在汉堡城的美国化学学家伽利略，曾在汉堡斜塔上做自由落体实验，将两个重量不同的圆球从相同的高度同时扔下，结果两个标枪同时落地，由此发觉了自由落体定理，推翻了此前亚里士多德觉得的重的物感受先抵达地面，落体的速率同它的质量成反比的观点。
伽利略在汉堡斜塔做自由落体实验的故事，记载在他的中学生维维安尼（，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、比萨学院和同时代的其他人都沒有关于此次实验的记载。
最重要的缘由是这个实验不能得出任何推论。由于重力加速度太快了，所以伽利略用他无与伦比的天才设计出了斜面实验，缓解小球下落的速率，能够总结出自由落体运动定理。
有历史记载的第一个完成这类试验的人是斯台文，在《自然科学史》中记载，西班牙人斯台文在1586年使用2个重量不同的标枪完成了这个试验，并证明了亚里士多德的理论是错误的。
在斯台文试验的几个世纪之后，阿波罗15号的宇航员大卫·斯科特1971年8月2日在无空气地球表面上使用一把锤子和一根羽毛重复了这个试验，证明且让月球上的电视听众亲眼见到了两个物体同时掉落在地球表面上。他喊到：“你们晓得吗？伽利略先生是正确的。”
可见，这个实验是正确的。不过有一批科学家觉得，这个实验只能是个理想实验，哪怕你在汉堡斜塔真的这样做了，你觉得是同时落地，其实只是两个球落地的时间差太小伽利略自由落体实验，不足以让人们辨别下来。所以，有人说做下来的汉堡斜塔实验似乎在误导人。
2.2伽利略斜面实验
1581年，17岁的伽利略步入了汉堡学院，作为一名医学生开始了自己的学院生涯。
……
而在老师眼里，集翘课、善辩与耍小聪明责难院士于一身的伽利略无疑是“坏中学生”的典型。历史处处蕴涵着奇妙的辨证法:“好中学生”在旧秩序中出类拔萃，“坏中学生”要奠定新秩序来出类拔萃，而新的秩序调教出一批新的“好中学生”并等待着新秩序下的“坏中学生”来埋葬自己。批量生产的“好中学生”至多能承当书写或誊抄历史的任务，而不世出的“坏中学生”才是历史的开创者与引路人。
归谬法
……对同一事物，互相矛盾的陈述不能同时为真，互相反对的命题也是这么……
——亚里士多德《形而念书》
与哥白尼、第谷、开普勒甚至阿奎那、布鲁诺一样，伽利略在神大学（学院）接受了系统的中世纪经院教育，以溯源到毕达哥拉斯和柏拉图的“自由七艺”为主要内容，包括“三门”（句型、修辞、逻辑）和“四科”（算术、几何、音律、天文）。天主教旗帜下的“七艺”传承的是一种古埃及哲学家和古罗马法学家的思索模式，这些思索模式在亚里士多德、阿奎那和伽利略之间连缔结一条隐秘的纽带。
……由静止开始的匀加速直线运动——“天然的加速运动”，物体开始下落计时后某一时刻的速率与时间成反比（任意相等时间间隔内速率的增量都相等），比列系数被定义为“加速度”，且这段时间内，运动的平均速率为末速率的一半。对该推论的证明延续了古埃及的几何学传统，实质上早已奠定了后世解析几何与微积分手段的雏型。
这套几何描述的一个自然而然的推论:由静止开始的匀加速直线运动，从出发点计时到任意位置的距离反比于时间的平方——如果这个匀加速运动是自由落体，这么这就是所谓“自由落体定理”。它还有一个在经验世界可供检验的结论:从静止开始，任意相邻相等时间间隔内的运动距离之比为1:3:5:7:9……恰好构成一个质数列——这是一个毕达哥拉斯式的发觉。
……
伽利颇有着真正意义上的“比萨斜塔”——一个带槽的木制斜面，登场了……
取大概12肘①长、半肘宽、三指厚的一块木头模板或余料，在里面挖一条比一指略宽的槽，使之特别笔直、平坦和光滑，给它垫上尽可能平坦和光滑的牛皮纸，我们槽释放一个坚硬、光滑且十分圆的铜球。将这个木板倾斜放置，使一端比另一端高约一到二肘，我们如前所述释放铜球，用稍后介绍的方式计量滚下的时间。为了时间检测的精度达到两次观测的偏差不超过1/10次心跳，我们不止一次重复实验。完成该操作并确认其可靠性后，我们如今仅在槽宽度的1/4处释放铜球并检测滚下的时间，我们发觉它正好是后者的一半。接出来，我们尝试其它距离，将铜球滚下全长的时间与1/2，2/3，3/4或任意分数宽度的时间作比较；在这种重复上百次的实验中，我们总是发觉通过距离之比等与时间平方之比，这个规律对我们释放铜球的槽所在任意斜度的斜面都组建。我们还观测到各类斜度斜面滚下时间之间的精确比，然后我们将会看见，作者早已预言并证明之。
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①1肘约合45.7－55.9分米。
为了检测时间，我们在较高处放置一个大的盛水容器；在容器顶部钎焊一根可以射出细小水流的小孔径管，无论铜球从槽的全长或部份宽度处滚下，每次铜球滚下时间内射出的水搜集在一个小玻璃杯中；每次铜球滚下后搜集的水放到一个特别精确的天平上称量；这种重量的差异和比列为我们提供了每次时间的差异和比列，其达到的精度以至于虽然重复操作许多许多次，结果无显著差别。
——《关于两门新科学的谈话和物理证明·第一天》
……
哲学（换言之自然哲学）是写在一本伟大的书上——我指的是宇宙，这本伟大的书不断开拓我们的视野，并且我们难以看懂它，除非一个人首先学会感悟书写它的语言和字符。书写它的语言是物理，它的字符是三角形、圆形及别的几何图形。离了物理，人力不可能剖析其中任何一个词组；离了物理，人将徘徊在幽深的迷宫。
——伽利略《试金者》
以上内容摘自李轻舟著《德尔斐的囚徒：从苏格拉底到爱因斯坦》
自由落体运动因为重力加速度太快了，在伽利略的年代无法直接检测。所以伽利略悉心设计了斜面实验。这个实验充分展示了伽利略的天才。通过斜面实验，伽利略克服了时代的局限性，正确认识了自由落体运动，并总结出了自由落体运动定理。
伽利略对接斜面实验是一个理想实验，它是基于一定的事实，运用具象思维、逻辑思维的方式完成的。
课文原文：“……伽利略觉得，将人们引入歪路的是磨擦力，而在日常物体的运动中，磨擦力又是无法避开的。伽利略注意到，当一个球沿斜面向上运动时，它的速率减小，而向下运动时，速率降低。他由此推测：当球沿水平面运动时，它的速率应当不增不减。……”
“让小球顺着一个斜面从静止状态开始向上运动，小球将“冲”上另一个斜面，假如没有磨擦，小球将上升到原先的高度。降低第二个斜面的夹角，小球在这个斜面上仍将达到同一高度，但这时它要运动的远些。继续降低第二个斜面的夹角，球达到同一高度时才会离得更远。于是他问道：若将第二个斜面放平，球会达到多远的位置？推论其实是：球将永远运动下去。却不再须要哪些力去引领。这就是说，力不是维持物体运动的诱因。”
1．“……伽利略觉得，将人们引入歪路的是磨擦力，而在日常物体的运动中，磨擦力又是无法避开的”——这是导致困难的症结，也是理想化处理的对象。而且，伽利略是第一个意识到磨擦力的人，这促使他比亚里士多德向前迈向了一大步！
2．“伽利略注意到，当一个球沿斜面向上运动时，它的速率减小，而向下运动时，速率降低。他由此推测：当球沿水平面运动时，它的速率应当不增不减。”——这就是逻辑的力量。
3．“让小球顺着一个斜面从静止状态开始向上运动，小球将“冲”上另一个斜面”——这是事实。
4．“如果没有磨擦，小球将上升到原先的高度”——仔细想来，此处缺乏一个证明：如图所示，小球从左边斜面上的O点由静止释放后沿斜面向上运动，并沿两侧斜面上升。斜面上先后铺垫三种粗糙程度渐渐减少的材料时，小球沿两侧斜面上升到的最低位置依次为1、2、3。我们发觉：当接触面粗糙程度越来越小时，小球都会越来越接近它初始释放时的高度。这么，我们可以继续外推：假如斜面完全没有磨擦，这么小球都会达到它释放时的高度。这是一个由真实的化学实验到理想实验的外推的过程。
5．“减小第二个斜面的夹角”——在假定的基础上进行合理的结论。
6．“小球在这个斜面上仍将达到同一高度，但这时它要运动的远些。继续减少第二个斜面的夹角，球达到同一高度时才会离得更远。于是他问道：若将第二个斜面放平，球会达到多远的位置？”——注意这儿提及了三个“远”字，如图所示，我们晓得，小球每一次从A抵达B的速率是相同的，而小球最终的速率都是0，又随着斜面夹角越来越小，小球运动的距离越来越远，即BC＜BD＜BE，所以小球每一次运动的时间都越来越长，也就是小球要用越来越长的时间来减速，也就是速度变化的越来越慢！所以当斜面夹角增大到无限小，即斜面被放平，小球应该运动到无限远，对应减速的时间就是无限长，因而速率变化的就无限慢——什么叫无限慢？就是速率不再变化了。
7．“结论似乎是：球将永远运动下去。却不再须要哪些力去引领。这就是说，力不是维持物体运动的诱因。”——小球为何要永远的运动下去呢？由于小球仍然在永不停止的探寻自己原先的高度。其实，伽利略的工作只是强调“力不是维持物体运动的诱因”，但力到底是“什么”的缘由呢？这就须要后人进一步去研究了。
8．伽利略的理想实验，革除了那个延续数千年的单纯借助思辨来研究化学学的行为方法（所谓古埃及模式），而确立了实验在化学学中的基本地位。
传说中的汉堡斜塔实验背后的科学原理
等效原理（-{}-）尤其是强等效原理，在广义相对论的引力理论中稳居一个极重要的地位，它的重要性首先是被爱因斯坦分别在1911年的《关于引力对光传播的影响》及1916年的《广义相对论的基础》中被提出来。
等效原理共有两个不同程度的叙述：弱等效原理及强等效原理。
对此原理，爱因斯坦曾如是说：「我为它的存在倍感极为惊奇，但是推测其中必有一把可以更深入了解惯性和引力的锁匙。」
弱等效原理
弱等效原理原是指观测者不能在局部的区域内区分出由加速度所形成的惯性力或由物体所形成的引力，而它是由引力质量与惯性质量成正比列这一事实推演下来，这个关系首先是由伽利略及牛顿用一系列的实验判定下来。
伽利略及牛顿的实验
早在17世纪，伽利略已借助物体从斜面滚下不同的距离所须要的时间，去证明物体于月球上的自由下落的加速度是一个常量；另外，伽利略亦发觉单摆的周期只与摆长有关，而与摆锤的质料无关。稍后的牛顿则做了两个等长而同形状的单摆，其中一个的摆锤是用金做的；而另一个摆锤用等重的银、铅、玻璃、沙等不同物料制成。而牛顿在多次实验均无法观察到它们之间的周期差别。
关于真空的性质，请回到开头，看李政道教授的自序。
科学仍未普及，媒体还需努力。谢谢阅读，再会。
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