Khi Galileo Galilei còn trẻ, quan điểm phổ biến về sự rơi của vật thể, dựa trên triết lý của Aristotle, cho rằng: “Mọi vật đều hướng tới vị trí tự nhiên của chúng: vật nặng chìm xuống, lửa bốc lên, sông chảy ra biển.” Aristotle tin rằng vật nặng tìm đến vị trí tự nhiên của mình nhanh hơn vật nhẹ, do đó vật nặng phải rơi nhanh hơn.
Galileo bắt đầu quan tâm đến tốc độ rơi của vật thể khi ông khoảng 26 tuổi và là giáo viên toán học tại Đại học Pisa. Ông cho rằng, nếu bỏ qua lực cản của không khí, tốc độ rơi của vật thể tỷ lệ với trọng lượng riêng của nó. Để kiểm chứng ý tưởng này, Galileo quyết định thực hiện một thí nghiệm.
Tháp nghiêng Pisa nhìn từ xa, biểu tượng của thành phố Pisa và bối cảnh thí nghiệm nổi tiếng của Galileo.
Vào thời của Galileo, việc ghi chép chi tiết các thí nghiệm khoa học chưa phổ biến, và thực hiện thí nghiệm trong điều kiện kiểm soát gần như là chưa từng có. Do đó, thông tin về thí nghiệm của Galileo còn khá sơ sài. Theo các ghi chép, ông đã thả nhiều quả cầu khác nhau từ một tòa tháp. Tuy nhiên, khối lượng của các quả cầu là bao nhiêu? Và tòa tháp nào đã được sử dụng? Dù gần như chắc chắn đó là tháp nghiêng Pisa, nhưng vẫn có những nghi ngờ liệu Galileo có thực sự tiến hành thí nghiệm này hay không. Liệu ông có chỉ đơn giản là viết lại những gì ông nghĩ rằng phải xảy ra?
Một kết quả của thí nghiệm đã khiến Galileo ngạc nhiên, và một kết quả khác lại khiến chúng ta ngạc nhiên. Galileo nhận thấy rằng quả cầu nặng chạm đất trước, nhưng chỉ nhanh hơn một chút. Bỏ qua sự khác biệt nhỏ do lực cản của không khí, cả hai quả cầu đạt tốc độ gần như nhau. Đây là điều khiến Galileo kinh ngạc, buộc ông phải từ bỏ lý thuyết chuyển động của Aristotle. Nếu Galileo thực sự tiến hành thí nghiệm này, đây chắc chắn là một bước ngoặt quan trọng trong lịch sử khoa học, đặt nền móng cho vật lý hiện đại. Thí nghiệm này bác bỏ quan niệm sai lầm tồn tại hàng thế kỷ và mở ra con đường cho những khám phá khoa học sau này.
Tuy nhiên, điều khiến chúng ta ngạc nhiên lại là điều mà Galileo cho rằng đã xảy ra sau khi thả hai quả cầu. Ông nói rằng quả cầu nhẹ luôn bắt đầu nhanh hơn một chút so với quả cầu nặng, sau đó quả cầu nặng mới bắt kịp quả cầu nhẹ. Nghe có vẻ phi lý, phải không?
Để làm sáng tỏ vấn đề này, Thomas Settle và Donald Miklich đã thực hiện lại thí nghiệm trên tháp Pisa trước ống kính máy quay. Các trợ lý thí nghiệm đã giữ thẳng trước mặt hai quả cầu 4 inch bằng gỗ và sắt, giống như những gì Galileo đã làm, và thả chúng từ lan can trên cùng của tháp nghiêng Pisa. Kết quả cho thấy rằng, khi cố gắng thả cả hai quả cầu cùng một lúc, sự căng cứng của cơ bắp ở cánh tay và bàn tay đã đánh lừa người thực hiện. Họ luôn thả quả cầu nhẹ hơn (quả mà họ nắm ít chặt hơn) trước. Điều này có nghĩa là Galileo đã đánh giá đúng những gì ông nhìn thấy đã xảy ra. Từ đó, chúng ta có thể kết luận, không còn nghi ngờ gì nữa, Galileo đã thực sự thực hiện thí nghiệm lịch sử này.
Thí Nghiệm Của Galileo Trên Tháp Nghiêng Pisa không chỉ là một câu chuyện; nó là một trong những thí nghiệm có kiểm soát đầu tiên. Dù không hoàn hảo, thí nghiệm này đã thay đổi Galileo và thay đổi cả lịch sử khoa học, mở đường cho những phương pháp nghiên cứu khoa học hiện đại. Galileo trở thành người thách thức chân chính đầu tiên đối với hệ tư tưởng của Aristotle, đặt nền móng cho sự phát triển của khoa học thực nghiệm.
