亚里士多德的运动理论在伽利略以前就曾经不断受到科学家的批评，其中，比较有意义的是斯特芬在1586年所著的《静力学》一书中记载的、为证明亚里士多德落体理论的错误所做的实验。斯特芬曾和杨·考乃兹·达·格鲁特在德尔夫特合作，从30英尺高处同时丢下两个铅球，这两个铅球重量不相等，其中一个的重量是另一个的10倍。实验结果表明两个铅球落地的声音差不多是同时发出的，而根本不是如亚里士多德预言的那样，重球落地的时间只为轻球的1/10！在斯特芬之前，1585年意大利的数学家贝内德蒂（1530—1590）在他的著作《多种多样的沉思》中，曾用伽利略后来也采用的归谬法来反驳亚里士多德的落体理论，但斯特芬首先用实验进行检验，证明它是错误的并记载入册，其意义当然不同一般。
虽然斯特芬和贝内德蒂从不同角度反驳了亚里士多德的落体理论，但他们的事迹在科学史上却几乎很少为人所知，人们多半只知道伽利略提出过著名的“落体佯谬”和做过“比萨斜塔实验”。这一方面是伽利略的名声远远大于他们，另一方面也只有伽利略才能使包括力学在内的整个自然科学发生根本性的变化。
下面我们来欣赏一下伽利略在《关于两门新科学的对话》中，对亚里士多德落体理论机智而又风趣的批评。伽利略采用的是三人对话的形式，其中代表亚里士多德观点的是辛普利邱，代表伽利略新观点的是萨尔维阿蒂，还有一位则是持中立态度的沙格列陀。
“萨：我十分怀疑亚里士多德确实曾经用实验检验过下面这个论断：如果让两块石块（其中之一的重量10倍于另一块的重量）同时从，比如说100腕尺（一腕尺约等于20英寸；100腕尺大致等于比萨斜塔的高度）高处落下，那么这两块石头下落的速率便会不同，较重的石块落到地上时，另一块石头只不过落下了10腕尺。”
“辛：他的话似乎表明，他已经做过这个实验了，因为他说：我们看见较重的石块；看见这个词证明他做过实验。”
“沙：辛普利邱，可是我进行过检验，我可以肯定地对你说，重量为2.0磅以上的一枚炮弹到达地面时，重量仅为半磅的与之同时下落的步枪子弹并不会落后一柞（1柞等于9英寸，就是手伸开时，从拇指尖到小指尖的距离），倘若=者都是从高度为200腕尺的地方落下来的话。”
当然，伽利略到底在比萨斜塔上是否做过沙格列陀所说的实验，这是史学界至今仍在争论不休的问题，有人把它称为“科学史上九十九谜”中的第一谜。但即使伽利略没做过这个实验，他也完全可以驳倒亚里士多德。更令人叫绝的是，伽利略采用“以子之矛，攻子之盾”的方法，利用亚里士多德本人创立的逻辑推理法来批驳亚里士多德的理论。
“萨：但是，即使没有进一步的实验，也能用简短而决定性的论证清楚地证明，假如有两个物体是同一材料制成的，那么其中较重物体并不比较轻物体运动得快——总之，这同亚里士多德的想法相反。但是，辛普利邱，请你告诉我，你是否承认每个落体具有一种由自然界给定的一定的速率，亦即除非使用外力或阻力便不会增加或减小的一种速度。”
请注意，伽利略通过萨尔维阿蒂为辛普利邱设下一个圈套，而辛普利邱正按照萨尔维阿蒂的预想逐步进入了圈套。
“辛：毫无疑问，在同一种介质中运动的同样的物体具有由自然界给定的固定速度，这一速度是不能增减的，除非动量增加，它才会增大，或由于某种使它缓慢下来的阻力的存在而使它减小。”
萨尔维阿蒂开始收紧套索了。
“萨：那么，如果我们取天然速率不同的两个物体，显而易见，如果把那两个物体连接在一起，速率较大的那个物体将会因受到速率较慢物体的影响其速率要减慢一些，而速率较小的物体将因受到速率较大物体的影响其速率要加快一些。你同意我的这个想法吗？”
萨尔维阿蒂现在大约十分紧张了，因为只要辛普利邱首肯，那么此后闻名于世的“落体佯谬“的解决就将大功告成。但萨尔维阿蒂是有信心的，因为他的推理都完全符合亚里士多德的理论和逻辑推理方法。果然，辛普利邱不得不最终落进圈套。
“辛：毫无疑问，你的这种看法是对的。”
好，大功告成！萨尔维阿蒂一定会喜形于色、不可自抑。但越接近于成功，越要冷静，何况这是在向2000多年来的权威挑战，此举可是非同一般。萨尔维阿蒂依然平静地但又咄咄逼人地向辛普利邱发动了致命的一击。
“萨：但是，如果这是对的话，并且假定一块大石头以（比如说）^的速平运动，而一块较小的石块以四的速率运动，那么把二者联在一起，这两块石头将以小于A的速率运动；但是两块联在一起的石头当然比先前以八的速率运动时要大。
可见，较重的物体反而比较轻的物体运动得慢；而这个效应同你的设想是相反的。你由此可以看出，我是如何从你认为较重物体比较轻物体运动得快的假设推出了较重物体运动较慢的结论来。”
辛普利邱这下子可乱了阵脚，他心慌意乱了。
“辛：我简直不知如何是好了……这就是说，它简直超出了我的理解力。”
但是辛普利邱立即援引所谓“直觉”来给自己解围。
“辛：你的讨论确实令人钦佩之至，不过，我还是觉得不容易相信鸟枪子弹同炮弹下落得一样快。”
辛普利邱的“觉得”大体上指的就是直觉。这种直觉，实际上是大多数人共有的一种感觉。但正如爱因斯坦所说：“凭直觉的推理方法是不可靠的，它导致了对运动的虚假观念。”
“我们发现，一些最明显的直觉的解释往往也是错的。”伽利略很清楚这一点，他立即针对这个问题作了深入的剖析：“萨：为什么不说一颗沙粒和一块磨石下落得一样快呢？但是，辛普利邱，我确信你一定不会步许多人的后尘，他们使讨论偏离主旨而抓住我同真理只有毫发之差的某种说法不放，而这根毫发下面隐藏的另一种真理的缺点却有如船上的缆绳那般粗。亚里士多德说：‘一个百磅重的铁球从一百腕尺高的地方落下到地面时，一磅重的球才落下一腕尺。’我说，这两个球要同时落地。你在做实验时将发现，小球比大球落后两指宽……现在你既不应该在这两指宽的后面暗藏亚里士多德的九十九腕尺，也不应在提到我的小误差时，默不作声地放过他那个大错误。”
爱因斯坦对伽利略的这种推理方法给予极高的评价。他说：“伽利略对科学的贡献就在于毁灭直觉的观点而用新的观点来代替它。”
霍尔顿也深刻指出：“这一段谈话清晰地陈述了我们希望得到的看法：对自然事件天真的初始的一瞥，绝不足以作为一种物理理论的基础，虽然在空中不同的自由落体实际上不在同一时刻落到塔底，但是进一步的考虑说明，这远不如它们几乎同时落地的事实有意义。”
伽利略最后明确地指出，由于亚里士多德的论断中出现了“佯谬”，这充分表明“亚里士多德错了”。他认为在真空中，两个物体在相同的高度上下落，其所需的时间应该相等，进一步的研究后他指出，重力加速度应与物体重量无关，只有这样“落体佯谬”才能被消除。
伽利略利用上面所述的简单的“思想实验”（即对一个想像的实验中可能发生的情况进行分析），并通过自由想像与逻辑分析的巧妙结合，击败了在物理学中统治了近2000年的传统思想，这无疑是物理学史上令人叹绝的一幕。此后，无数实验证明，伽利略的落体理论是正确的。
直到20世纪，还有人用更精确的实验进一步作了证明。1932年，在匈牙利的首府布达佩斯，罗兰德·冯·埃特伏斯和他的同事宣称，他们在一个第一流的实验中证实了伽利略的落体理论。精密的测量表明，万有引力对不同重量的物体作用相等。不过，在测量中出现了一些很微小的失误，埃特伏斯把它们归咎于设备上的缺陷。大部分的科学家心安理得地接受了埃特伏斯的看法，50多年来也没有人旧事重提。
可是，在1986年1月6日出版的美国权威性物理杂志《物理学通讯》上，美国普杜大学的阿弗雷姆·费赫巴赫和他的同事丹尼尔·苏达斯凯、爱伦·萨费和加里克·托马奇，还有纽约长岛国立布鲁海文实验室的沙姆·艾洛森共同提出，他们也观测到了埃特伏斯50多年前发现的失误，但他们断定这并非什么失误，而是理论与事实现象不符合。
他们认为，宇宙问除了万有引力、电磁力、强相互作用及弱相互作用力以外，还存在第五种力——超电荷力；由于超电荷力的存在，使莺物下落时比轻物要稍微慢一些。
第五种力到底是否存在，大约还需要作更进一步的证实才能定论，但现代的科学家们一般不会再轻视与我们的信念（或已有的见解）不一致的事实或观测。科学史上这样的教训不是够多的了，某一现象开始受到忽视（甚或视而不见），但到后来却发现它竟具有关键性的作用。现在，也许我们又一次面临这种局面。
3．阿拉果之谜
阿拉果（1786—1853）不仅是一位杰出的法国物理学家和天文学家，他还是一个政治活动的积极参与者，1848年法国大革命时，他曾被选为法国临时政府的战争与海军部长。在任职期间，他下令取消了法国殖民地的奴隶制度。
1822年，阿拉果和他的朋友、德国地理学家洪堡（1769—1859）在格林威治山测量地磁场强度时发现了一个十分奇怪的现象，当磁针放在金属板上面时它的振动就会明显地迅速衰减。
阿拉果敏锐地感觉到这一效应可能导致重大后果，遂于1824年11月22日在法兰西科学院会议上首次宣布了这一发现。会议报告上是这样记载的：“阿拉果先生口头报告了他所做的某些实验。实验内容是关于金属和其他许多物质施加于磁针的影响，其效应是该影响能快速减少摆动的幅度，而不致可察觉地改变摆动周期。”
1825年3月7日，阿拉果又向科学院报告和演示了另一个奇怪的现象：一个放在罗盘磁针下面的铜盘，当铜盘转动的时候，罗盘磁针便会发生偏转，甚至可以连续转动。
1825年《化学和物理学年刊》第28卷上进行如下的报道：“阿拉果先生曾向科学院展示了一种仪器，仪器以新的方式表明了磁化物体与非磁化物体相互施加的作用。”
“在他的第一批实验中，阿拉果先生证明，一片铜或其他任何固体物质或液体物质，在置于磁针之下时，能对这针施加一种作用，而且这作用的直接效应是改变摆动的幅度，而不致可察觉地改变其摆动的周期。他向科学院展出的现象可以说是与上一次展出的次序相反。阿拉果想，既然一根运动着的磁针可以被一个静止的金属片所吸引，那么，一根静止的磁针也一定可以被一个运动着的金属片所带走。事实上，在置入封口容器的磁针下面，如果我们以一定的速度使一个铜片转动的话，那么，该磁针就不再停留在它原来的位置了；它的位置是处于磁子午圈之外，当铜片转动越快，它就离开铜片越远。如果转动的运动足够大的话，则离铜片一定距离的磁针就环绕其所系的细线而继续转动。”
阿拉果的发现，立即引起欧洲各国物理学家们深切的关注，促使许多人作了进一步的研究。例如，英国皇家学会的巴比奇（1792—1871）和赫歇耳（1792—1871）就做过许多实验，以广泛研究这一令人迷惘而费解的现象。他们不仅用铜，而且还用其他许多金属演示了这一效应。他们发现，在各种金属圆盘因磁铁转动而引起的偏转中，以铜的偏转角度最大，其后依次为锌、锡、铅、锑、汞、铋，而非金属的偏转角为零。他们还认为，这种偏转效应的发生一定是盘内有某种电流在流动。因此，他们在盘上挖了各种形状的槽（如图所示），结果，他们惊异地发现，挖了槽之后偏转减小。
以上所说的各种发现，用当时已知的电磁学知识无法解释，这是因为当时电生磁的现象才刚刚发现，人们对电和磁之间的关系还不是十分清楚，再加上由于安培电动力学的影响，电学家们把磁现象和电磁现象都归结、简化为电流的现象，忽视了电和磁之间多方面的关系。这样，阿拉果的发现就成为物理学界一个多年来悬而未决的佯谬，并被称为“阿拉果之谜”。
为了深刻了解这个谜，我们还得从丹麦物理学家奥斯特（1777—1851）在1820年作出的划时代发现讲起。
奥斯特早年就读于哥本哈根大学，1799年获哲学博士学位。他不仅喜爱自然科学，而且对自然哲学有特殊的领悟能力，德国哲学家谢林（1775—1854）的哲学思想尤其使他发生兴趣。
1801—1803年，当他到德国等西欧国家访问时，他仔细地研究了谢林的《自然哲学思想》等著作。谢林将当时自然科学的成果广泛地进行了整理，然后指出了自然现象的总的联系，提出了因自然的发展引起的矛盾斗争这一正确概念。谢林将自然界对立的诸方面如正电和负电、南极与北极等均看成是积极的因素，而不是将它们看成一种被动的东西。他曾说过：“对立在每一时刻都重新产生，又在每一时刻被消除。对立在每一时刻这样一再产生又一再消除，必定是一切运动的最终根据。”
谢林还特别强调对自然现象应从总的联系方面进行理解，从发展的观点进行理解：“完善的自然理论应是整个自然借以把自己溶化为一种理智的理论。”他认为，自然界不同运动形式间存在着某种同一性，光、电、磁、重力、化学力都是相互有联系的，是同一事物的不同侧面。谢林的这些哲学思想，对奥斯特有深刻的影响。
1803年，他就说过：“我们的物理学将不再是关于运动、热、空气、光、电、磁以及我们所知道的任何其他现象的零碎的汇总，而是将把整个宇宙容纳在一个体系中。”
1812年，奥斯特在他的《关于化学力和电力的统一的研究》一书中，作了一个大胆的、认真的但现在看来又十分可笑的推测。他认为，电流通过较细的导线有明显的发热现象，那么，导线如果再细一点，就可能发光，如果继续变细到一定程度，电流就可以产生磁效应。虽然最后这一个推测有些可笑，但是他的结论却令人肃然起敬。
他的结论是：“我们应该检验是否可以以其最隐蔽的方式对磁体有所影响。”
在这一坚强信念的支持下，奥斯特终于在1820年春发现了电流的磁效应，这是划时代的发现。
