俗话说得好：“人是铁，饭是钢，一顿不吃饿得慌”。我们每天都要吃饭，吃饭的过程其实就是人体补充能量的过程。有了能量，我们才能够运动，思考，做各种事情。其实，不光是人体，能量是所有物体运动的力量之源，自然界中的各种运动都离不开能量。
世界要存在就离不开物质的运动，而说到物质的运动就一定会提到能量，人们就是在能量不断的相互转化中生存发展起来的，即使是人本身也必须能量才能活下去，比如说蛋白质的转化等，所以说能量是世界运行的动力源泉。
物质运动不仅有多种形式，表现各异，而且可互相转换，从而表明这些运动之间有共性，并且拥有内在的统一的量度，能量就是物质运动的一般量度。能量是以内 能、电能、机械能、化学能等各种形式出现在不同的运动中的，并且能够通过热传递、做功等方式进行相互的转换。由于能量的形式多样性，所以焦耳、千瓦时、电 子伏（特）等都是它不同形式下的相关单位。
随着全球气候变暖和能源危机，各国现在最主要的研究话题都是围绕着无污染绿色能源的开发和利用展开的，在这些话题中有关于水能、风能、太阳能等的研究已经成为了重中之重。WWw.hAOZUowEn.com
水能是利用水的落差在重力作用下所形成动能，从河流或水库等高位水源处向低位处引水，利用水的压力或者流速冲击水轮机，使之旋转，从而将这里形成的水能转化为机械能，然后再由水轮机带动发电机旋转，切割磁力线产生交流电，这就是现在人们比较常说的水力发电。
我国的水能资源蕴藏量和可能开发的水能资源，都居世界第一位。截至2007年，中国水电总装机容量已达到1.45亿千瓦，水电能源开发利用率从改革开放 前的不足10%提高到25%。水电事业的快速发展为国民经济和社会发展作出了重要的贡献，同时还带动了中国电力装备制造业的繁荣。
风能的利用主要有两种形式，分别是风力发电和以风能做动力，而在这其中又以风力发电为主。
丹麦是世界上最早利用风力发电的国家，与其他国家相比，丹麦风力发电的使用率也颇高。虽然丹麦只有五百多万人口，却是名副其实的世界风能发电大国和发电 风轮生产大国，世界60%以上的风轮制造厂都在使用丹麦的技术，而且世界10大风轮生产厂家有5家都在丹麦。丹麦真可以称得上是“风车大国”。
截止到2006年底，德国、西班牙和美国在世界风力发电总量居前三位，三国的风力发电总量占全球风力发电总量的60%。
此外，随着科学技术的不断发展，风力发电正在逐渐走进普通居民住宅里。在英国，著名环保组织“地球之友”的发起人马蒂·威廉在其住宅的迎风院墙前，矗立 了一个扇状涡轮发电机，随着叶片的转动，不时将风能转化为电能，为其提供日常的生活用电。家庭安装微型风能发电设备，不但可以为生活提供电力，节约开支， 还有利于环境保护，堪称世界“最环保住宅”。目前，迎风缓缓转动叶片的微型风能电机正在成为英国一种新景观。
而太阳能在现代的发展则 是更为迅速，无论是上述提到的水能、风能还是波浪能、海洋温差能和生物质能以及部分潮汐能都来源于太阳；甚至是地球上的煤等化石燃料，从根本上说也是远古 以来贮存下来的太阳能。广义的太阳能所包括的范围非常大，而我们这里主要讨论的是狭义的太阳能，即限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。
太阳能是最无污染的新能源，被使用在了多个领域，像是太阳能热水系统、太阳能发电、太阳能暖房、太阳能灯等都已经被人们所熟悉和接受了，而且人们现在已经开始着手开发研究出了太阳能手机、太阳能汽车等新设备了。
太阳能
太阳能一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用做发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类就懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物 的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有光热转换（被动式利用）和光电转换两种方式。太阳能是一种新兴 的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能、化学能、水的势能等等。
磁阻效应 用磁力记录世界
在远古时期，人类通过结绳记事的方式来储存信息，随着时代的发展，书籍、音像制品等逐渐出现在人们的生活中，人们储存信息的方式更加多样了。磁组效应的发现，引发了又一场信息革命。现在，人们已经可以用磁力记录生活了！
上网搜索资料，用Mp3聆听音乐，拿数码相机记录生活……这些都得益于磁盘技术的出现。面对海量信息的严峻挑战，磁盘成了整个信息时代的“大本营”，仿 佛可以轻而易举地存下整个世界。巨磁阻效应的发现，又帮助人类读取了整个信息世界。而改写信息技术进化史的这两位“英雄”，也获得了2007年的诺贝尔物 理学奖。
英国的开尔文勋爵早在150年前就发现，在磁场作用下，一些金属物体内会发生电阻改变的现象。但是，由于“磁电阻”效应中电阻变化的幅度太微弱，只有1%~2%，因此，在此后的一百三十多年里，开尔文的发现并没有对科学技术进步有什么实质性的推动。
20世纪80年代中期，法国巴黎大学的艾尔伯·费尔和德国尤利希研究中心的彼得·格鲁伯格在只有一些模棱两可的猜测下，尝试去“放大”磁阻效应。经过几 年潜心研究，1988年，费尔的科学团队发现，在Fe/Cr多层膜中，微弱的磁场变化就可以引起电阻的急剧变化，幅度是开尔文的数十倍。费尔将其命名为 “巨磁电阻效应”。不久之后，格鲁伯格在尤利希研究中心也发现了同样的效应。
巨磁阻的发现与纳米技术的发现密不可分。瑞典皇家学会在诺贝尔奖的介绍中也指出，巨磁电阻算是纳米技术的第一场胜仗。当时，科学家已经可以在真空环境中制造只有几个原子厚的金属薄膜，而这在以前是根本无法想象的。
在巨磁阻效应发现前后，磁盘存储技术正处于举步维艰的境地。这种磁存储患了“阅读障碍综合征”，由于数据存储点需要有足够的磁场，所以就不能做得太小， 否则磁场太弱无法检测出来。当时整个业界都比较看好光存储技术。虽然格鲁伯格发现巨磁阻效应比费尔稍晚一些，但他却非常具有经济头脑和技术眼光，发现巨磁 阻之后就申请了专利。在以后的几年时间内，格鲁伯格多次向媒体提到巨磁阻没有得到足够的重视，通过抱怨的方式来提醒业界尽快完成从实验室到市场的技术产业 化。而今，老格鲁伯格拿到的专利报酬相当于每年给他一次诺贝尔奖金。
在20世纪80年代末决定性的实验完成后，费尔和格鲁伯格就一路获奖。从新材料奖、惠普欧洲物理奖，到物理领域独尊的沃尔夫奖。其中，更是有两次，他们俩与一个同样研究巨磁阻现象的工程师一同获奖。而这个两次与费尔和格鲁伯格共同获奖的工程师，就是IBM的帕金。
在巨磁阻发现后的第6年，IBM的工程师斯图尔特·帕金首先利用巨磁电阻，研制出高灵敏度磁头，从而将磁盘记录密度一下子提高了17倍。每兆的存储价格随着这项新技术垂直下落，从1997年的20美分一直到2001年不到半美分，全球硬盘的收入也因此近乎翻了一倍。
由于巨磁阻技术的研究困难重重，因此，它的前景当时并不被看好。巨磁阻从理论研究到实际应用帕金可说是功不可没。可是诺贝尔奖却冷落了他。加州大学纳米 尺度科学工程中心主任罗伯特·哈登(Robert.C.Haddon)也为帕金没有得奖而提出异议：“也许是评奖委员会认为，观测到巨磁阻效应更加重要 吧。”
从磁阻效应的发现直到最后巨磁阻效应的发现，先后经历了将近两个世纪，在此期间，人类的科学发展日新月异，在未来，这一理论的发现将会更大程度地促进人类信息化的进程。
存储信息的U盘
U盘，英文名“USBflahdik”，全称“USB闪存盘”。U盘的称呼最早来源于朗科公司生产的一种新型存储设备，使用USB接口进行连接，名 曰“优盘”。U盘是一个无需物理驱动器的微型高容量移动存储产品，可以通过USB接口与电脑连接，实现即插即用。USB接口连到电脑的主机后，U盘的资料 可与电脑交换，是移动存储设备之一。
宇宙中的温度 宇宙中的巨大能量
科学家通过研究表明，温度过高或者过低，都会对生命的出现产生巨大的影响。地球是一颗神奇的星球，它之所以能够孕育出多姿多彩的生命与它的温度环境息息相关。宇宙是广袤无边的，宇宙中的温度也各不相同，下面我们就来谈论一下宇宙温度，领略一下多种多样的宇宙空间。
地球上、太阳上、月球上、冥王星上……温度可以说是无处不在。在整个宇宙环境当中，不同的星球由于空间位置的不同而存在着温度的差别。比如说，在太阳系 里，太阳的表面温度是6000℃，而离太阳较远的冥王星的表面温度却只有-240℃。再比如说，传说中的牛郎星与织女星，在夜里的星空中，它们只是像忽闪 忽闪的眼睛而已，可是其实织女星的表面最高温度竟达10000℃，而牛郎星的表面最高温度也达8000℃，真可谓是“热恋之星”。
想 想看，如果地球上的人类要到炽热的太阳上去，那恐怕还没到达早已化为灰烬了；再想想，如果人类到寒冷的冥王星去，那么肯定会在阴冷的环境当中冻成冰尸。因 此，宇宙中各行星的冷热不同，也决定了生命的存在与否。只要位置适当，生命是完全有可能存在的。地球就是最为典型的例子。
生命诞生的偶然之中包含着必然。我们今天这个美丽的世界：河流、山川、红花、绿树等的形成，都离不开适宜的温度。合适的温度是地球上诞生生命的各种条件中必不可少的因素之一。因为化学反应要正常进行物质分解或重组，只有在适宜的温度下才能进行。
温度是分子平均动能的标志，它是决定一个系统是不是与其他系统处于热平衡的物理量，其基本特征主要在于一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。这些不同 的分子、原子在不同的温度下不断变化，构成了我们这个精彩的世界。如果温度较高，那么分子、原子振动的速度就很大，分子之间距离就较大，此时物质为气态。 但随着温度的不断降低，分子运动变得十分平缓，分子间的距离也缩小，在这个时候物质就成为液态。
在现实生活中，人们比较熟悉的温度范围是地球表面的气温变化范围，即-90℃~61℃。其实在茫茫宇宙中，有很多关于温度的东西已被人类得知，但只是我们目前还不太了解而已。比如说绝对零度。
绝对零度，也就是热力学温标的开始，这是温度的最低极限，相当于-273.15℃。其实，绝对零度无法测量是依靠计算得出来的，这是一个只能逼近而不能 达到的最低温度。经过科学家们的无数次试验后，1926年，得到了0.71K的低温；1933年，得到了0.27K的低温；1957年，创造了 0.00002K的超低温记录；目前，人们已得到了距绝对零度只差三千万分之一度的低温，但仍不可能得到绝对零度。那么，如果真的有绝对零度，能不能检测 到呢？会不会有一种测量温度的仪器可以测到绝对零度而不会干扰受测的系统？研究发现，温度降低时，分子的活动就会变慢，因此依靠计算得出，当降到绝对零度 时，所有的原子和分子热运动都将停止。分子是静止的，所以就得出了绝对零度的概念。
当然，除了难以想象的低温，宇宙环境中还存在着非 常炙热的高温。科学家们认为，宇宙大爆炸那一刻，温度达到无穷大；宇宙大爆炸后10-44秒，温度约为1亿亿亿亿度；宇宙大爆炸后10-36秒，宇宙温度 继续下降，当时的温度约达到10000亿亿亿度；宇宙大爆炸后10-32秒，温度约达到1亿亿亿度；宇宙大爆炸10-12秒后，温度达到1亿亿度；宇宙大 爆炸后10-6秒，温度达到10000亿度；宇宙大爆炸后10-4秒，温度达到1000亿度，这个温度也是超新星爆发时其星核的温度；宇宙大爆炸后1秒， 温度降低到约为100亿度；在大爆炸后的大约3秒，温度降到了10亿度，这也是最热的恒星内部的温度。
宇宙大爆炸/BigBang
宇宙大爆炸是描述宇宙诞生始初条件及其后续演化的宇宙学模型，这一模型得到了当今科学研究和观测最广泛且最精确的支持。宇宙学家通常所指的大爆炸观点 为：宇宙是在过去有限的时间之前，由一个密度极大且温度极高的太初状态（根据2010年所得到的最佳的观测结果，这些初始状态大约存在发生于133 亿~139亿年前）演变而来的，并经过不断的膨胀到达今天的状态。
电池 储存电能的能量块
电池让各种电器有了持续的能量来源，全息技术让大家充分感受到了三维图形的奥妙，电话让“千里传音”的梦想成为现实，小小的抽水马桶把我们的卫生间冲洗得 干干净净，蒸汽火车、轮船和自行车的发明让人类的交通变得更加便利……我们的身边充满了各种各样的物理发明，而这些发明也时刻影响着我们的生活。那么接下 来，就让我们去重温一下这些物理发明的历史过程，看看科学是怎样改变世界的。
手机可以帮助我们和朋友保持联系；电子表可以向我们通报时间；手电筒可以帮助我们在黑暗中照亮，而这些物品的工作都离不开电池的有力支撑。确实，电池已经成为我们生活中不可缺少的必需品，出现在生活的每一个角落。下面我们就来讲述一下电池的发明故事。
由于人们对于获取持续而稳定的电流的需要，电池诞生了。可是，你知道吗，电池的发明的灵感，竟然来源于一次青蛙解剖的实验，这多少会让人感到有些意外。
1786年的一天，意大利的伽伐尼在实验室解剖青蛙，当他用刀尖触碰剥了皮的蛙腿上外露的神经时，他发现蛙腿发生剧烈的痉挛，同时出现电火花。他认为造成这种痉挛的原因在于，动物体上本来就存在电，经过多次实验，他把这种电取名叫作“动物电”。
接下来，伏特把一块银板和一块锌板浸在盐水里，结果发现连接两块金属的导线中有电流通过。他就把许多银片与锌片平叠起来，在它们之间垫上浸透盐水的纸片 或绒布，用手触摸两端时，感到了非常强烈的电流刺激。基于这种情况，伏特成功制成了世界上第一个电池——伏特电堆。事实上，这个“伏特电堆”实际上就是串 联的电池组。
后来，法国的雷克兰士于1860年发明了世界广泛使用的电池（碳锌电池）的前身。这种电池装在容器内，用黏浊状类似糨糊 的物体取代了最初潮湿水性的电解液。雷克兰士制造的电池虽然简陋但却便宜，所以一直到1880年才被改进的“干电池”所取代。1887年，英国人赫勒森发 明了世界上第一块真正意义上的干电池。相对于以前液体电池而言，干电池的电解液为糊状，便于携带，不会溢漏，因此获得了更为广泛的应用。
伟大的发明家爱迪生，发明了可充电的铁镍电池，在电池的发明道路上作出了卓越的贡献。从1910年开始，可充电的铁镍电池开始进行商业化生产。
从最早的铅蓄电池、铅晶蓄电池，到铁镍蓄电池以及银锌蓄电池，发展到铅酸蓄电池、太阳能电池以及锂电池……充电电池的形式越来越多样，种类也变得越来越 丰富。不仅如此，蓄电池的发展也有了长足的进步：电容越来越大，性能越来越稳定，充电越来越便捷，应用领域也变得越来越广。
由于锂是 所有金属里最轻的，甚至比水还轻，所以在现今的电池世界里，金属“锂”经常被用来制作电池。锂离子电池通过锂离子在正负极之间跑来跑去来充电和放电。事实 上，当初爱迪生就曾经发明过锂电池，但是由于锂金属的化学特性非常活泼，需要保存在石蜡里，这就使得锂金属的加工、保存、使用以及对环境的要求非常高，所 以在当时，锂电池没有得到广泛的应用。但是，随着科技的进步，这些问题也就不是问题了。近30年来，锂电池取得了巨大发展。我们日常生活用的计算机、计算 器、照相机、手表中的电池都是锂电池。
锂电池相对于其他电池，其优势是非常明显的：工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效 应、无污染、自放电小、循环寿命长……正因如此，它才成为最适用于电动汽车的电池之一。这个领域最先进的技术是把好多个电池做成很薄的层然后叠在一起，即 “层叠电池结构”。这样的话，就可以用很小的体积达到非常高的效率，在这方面，日产汽车公司走在行业的最前沿。
作为储存电能的能量块，电池已经诞生了200多年，并且现在仍然在不断改进，在现代科技中，电池扮演的角色越来越不可或缺。
伏打电池
在伏打电池发明之前，人们只能使用储存在莱顿瓶中的电。这种方式相当麻烦：首先应用摩擦发电机，使其旋转以发电，其次再将电导入莱顿瓶存放，以供使用。 即使如此，所得的电量也非常有限。而伏打电池的发明改进了这些缺点，使得电的取得变得非常方便。它带动了后续相关电气研究的蓬勃发展，后来利用电磁感应原 理的电动机和发电机研发的成功也得归功于它。伏打电池是一个重要的起步，它标志着电气文明的开始，引导第二次产业革命改变人类社会的结构。
多世界，多食物：多世诠释
我正坐在电脑旁打字的时候，艾美跑过来撞在了我的腿上。我低下头，发现她正专心致志地嗅着我脚周围的地板。“你在下面做什么呢？”“我在寻找牛排！”她说道，满怀希望地摇着她的尾巴。
“我非常确定下面没有牛排，”我说，“我从来不在电脑旁吃牛排，所以我也从来不会将牛排掉在地板上。”
“在某个世界，你这样做过。”她说道，仍然在不停地嗅着。
我叹了口气，说道：“好吧，你傻傻的小狗脑袋瓜子现在又想到了什么荒唐的理论啊？”
“呃，你是有可能在电脑旁边吃牛排的，对吗？”
“是的，我确实吃牛排，有的时候我也可以在电脑旁边吃，所以，当然可能。”
“所以，如果你在电脑旁边吃牛排，那么你就有可能掉一些在地板上。”“我不知道……”
“老兄，我曾经看到过你吃的。”是的，这只狗称我为“老兄”。也许以后要给她上一些服从性训练课程。
“好吧，我们承认这一可能性。”
“所以，你是有可能在地板上掉牛排的。根据埃弗雷特（Everett）的量子力学多世诠释，这就意味着你曾将牛排掉在地板上，这也就是说我只需要找到它就好了。”
“呃，学术上来说，多世诠释所说的是在幺正变换下宇宙波函数的某一个分支里，我曾经将牛排掉在地板上。”
“嗯……是的，是这样的。不管怎样，我只需要找什么是单一就行了。”“但是，问题是我们只能察觉到波函数的一个分支。”
“可能是你只能察觉到一个分支。我的鼻子很灵的，我可以嗅到额外空间维。它们里面都是讨厌的长着山羊胡子的松鼠。”
“那是《星际迷航》，不是科学，而且不管怎样，额外空间维是一个完全不同的东西。在多世诠释中，一旦波函数的分支之间有足够的去相干，也就是说，不同部分之间没有相互干扰的可能性，那么实际上，它们就是分割开的，难以接近的世界。”
“去相干？你是指什么？”
“呃，比如说，我这儿确实有一块牛排——不要摇你的尾巴了，这只是假设——量子力学认为如果我把它掉在了地板上，然后又将它捡起来，那么在描述牛排掉落 和牛排没有掉落的两个波函数之间就可能会有一种干扰。当然，因为我只是有可能会将牛排掉下，所以你就需要掉下的和没掉下的两块牛排。”
“那是什么意思？”
“我并不是太确定那是什么样的。但是，关键是它并不碍事。牛排不断地与它周边的环境相互作用——空气，桌子，地板——”
“还有狗！”
“管它呢！那些相互作用在本质上是随机的，而且是不可测量的。它们导致了不同牛排的波函数的转变，而那些转变就会使得波函数的干预不再那么清洁。这个过程就叫做去相干，它发生得非常快。”
“有多快啊？”它看上去充满希望地问道。
“这取决于特定的形式，但是粗略猜测的话，大约是1030秒，或者是更少。”
“哦。”她有点泄气，“那确实很快。”
“是的。一旦去相干发生，波函数的不同分支就不能够彼此相互作用。本质上来说，这就意味着不同的分支就变成了分割的世界，并且不同世界之间彼此完全不能够接近。发生在其他世界中的事情对于我们的世界是绝对没有影响的。”
“那为什么我们只能够看到你说的那个什么的一个分支呢？”
“啊，现在这是一个大问题。没有人真正知道原因。有人认为这就是说量子力学本质上是不完整的，并且整个社会的科学家都在研究量子理论的基础和有关它的诠释。重要的是，在这个世界，你是没有办法能够在我的桌子底下找到牛排的，所以请你出去。”
“哦，好的。”她闷闷不乐地从桌子底下出来，低垂着脑袋，耷拉着尾巴。
“喂，要向好的一面看嘛，”我说道，“在把牛排掉在地板上的那个版本的我所处的世界里，也有一个版本的你啊！”
“是吗？”她抬起了头。
“是的。你是一条非凡的猎犬，所以很有可能在我将它捡起来之前你就得到牛排了。”
“真的？”她的尾巴也开始晃起来了。
“真的。所以，在我掉牛排的那个世界里，你可以吃牛排。”
“喔！”她的尾巴疯狂地摇晃着，“我喜欢牛排。”
“我知道你喜欢。”我停下正在做的事，“跟你说，我们去散步怎么样？”
“喔！太好了！”她立刻就消失在我面前，铮铮地跑下楼到后门去拿皮带了。
对于上一章探讨的哥本哈根诠释，几乎没有物理学家对它完全满意。无数其他的诠释被提出，都试图找到一个更加令人满意的处理量子测量问题的方法。其中，最 著名的一个俗称多世诠释，它对无数个可供选择的世界进行的预测，在这些世界中，事件发生的路径与我们所看到的不同。正是由于这一点，如果称不上是在物理学 家中间，至少它在流行文化中取得了主导地位。这是一个神奇的科幻小说构想，它不断地出现在书中，电影中，以及著名的以一个邪恶的留着山羊胡子的斯波克为主 演的《星际迷航》片段中。
在本章中，我们将谈论多世诠释，以及它是怎样解决哥本哈根诠释提出的一些问题的。我们也将讨论所谓“去相 干”的物理过程，在这一过程中，与环境之间波动的相互作用使波函数不同部分之间的干扰的影响变得不明显。去相干是量子力学现代化理解的核心，可能也是理解 从量子物理学的微观世界到日常物体的经典世界的关键因素。
第二章 世界物理学的奠基石
我们没办法教会别人什么，我们只能帮助他们发现自己。
——伽利略
实验物理学大师伽利略
16世纪下半叶，是欧洲由封建社会向资本主义社会过渡的时期。被视若神明的亚里士多德的传统学说继续统治着人类。但在1609年，意大利物理学家、天文学 家伽利里奥·伽利略创制了天文望远镜，并用来观测天体，他发现了月球表面的凹凸不平，并亲手绘制了第一幅月面图。1610年1月7日，伽利略发现了木星的 四颗卫星，为哥白尼学说找到了确凿的证据，标志着哥白尼学说开始走向胜利。他是第一个站出来反对亚里士多德的传统思想、保卫哥白尼日心说并向神学挑战的， 这是科学与神学斗争的关键时刻。
伽利略
1564年2月15日，在意大利的比萨城一个著名的物理学家诞生了，他就 是伽利略。虽然他的父亲是一个没落贵族，但是却有很高的文化修养，通晓数学。伽利略从小就聪明好学，在这样的家庭的熏陶下，他更显得才华横溢。在他满17 岁那年，父亲希望他长大后做一名医生，便把他送进比萨大学医学系。但伽利略并没有按父亲的意愿去学医学，他偏爱数学和物理学，对所学的医学课程一点也不感 兴趣。
由于他的聪明好学，对什么事物都会产生浓厚的兴趣，所以在他入学不久，就因爱提各种稀奇的问题而闻名。这就引起了许多老师的反感，因为在他的眼里，伽利略太聪明了，很多问题他们也无言以对。对于书本上和老师们传授的亚里士多德的学说，他就持有自己的见解：
“有些老师讲的话不对，他们说亚里士多德永远是正确的，可是亚里士多德生活在2000年以前。从那时起，许多事物已经发生了变化。”
伽利略用他制作的天文望远镜，发现了木星的卫星和卫星食现象。
他常这样和老师们辩论，并希望有一天能亲自证明自己的观点。
有一天，伽利略信步来到教堂，在一条长凳子上坐了下来，不一会就进入了思考状态。这时一阵风从敞开的窗户吹了进来，吹到了他身上使他打了个寒颤。忽然他注意到屋顶的吊灯被吹得轻轻地左右摆动起来，这对于平常人来说是一件再平常不过的事了，可是伽利略却抬头看得入了迷。
“真奇怪！怎么每次摆动的时间好像都一样。”
摆的周期跟摆锤的质量及材料无关而只跟摆长的平方根成正比他站起来，又去推了一下灯，再仔细观察。刚开始灯的弧度摆动还是很大，但是，弧度变得小些的时 候，摆动的速度却变得慢些。他联想起老师说的“脉搏跳动的次数是稳定均匀的”这句话，他便用右手按住左手的脉搏，心中默数吊灯摆动和脉搏跳动的次数。结果 吃惊地发现，不论吊灯摆动的弧度多大，每次摆动的时间总是相等。就这样，伽利略从教堂摇晃的吊灯上得到了灵感，发现了摆的等时性。
但是伽利略并没有轻易地下结论。他想：“如果不是自己的感觉欺骗了自己，就是亚里士多德的记述错了。亚里士多德说过：摆经过一个短弧要比经过长弧快些。”
他立即回家，迅速地找来了各种不同重量的物体，在不同长度的绳子上做起了试验，想通过这种试验找到正确的答案。于是，他投入大量的精力到一个又一个摆的实验中去，没有心思再去上什么医学课了。
为了进一步研究摆的规律性，他将不同长度的线悬挂在天花板上，下端挂上小球，并测量它们摆动的周期。经过多次实验，他得出结论：摆的周期跟摆锤的质量及 材料无关，而只跟摆长的平方根成正比。这是物理学上一项重大的发现，伽利略第一次用无可辩驳的事实驳倒了亚里士多德关于摆的观点。
重量相同的东西挂在一根杆子的两端时就能保持平衡
在医学院的几年里，尽管他竭力强制自己去实现父亲的愿望，成为一名医生，但最后他承认自己失败了。他想：“要我假装对学医感兴趣是办不到的了。”不久，他没有取得医学学位就离开了比萨大学，开始钻研起数学和物理学来了。
古希腊数学家阿基米德关于杠杆和浮体比重的原理，早在大学一年级的时候，伽利略就自学过。据说这项理论是阿基米德在洗澡时想出来的。当时他进入浴缸，看 见浴缸中的水被排出来，因此联想到，将物体放入装满水的容器中，会有和物体相同体积的水排出来。伽利略认为用这种方法来测量物体的体积，太麻烦了。一天， 他偶然看到一个小孩拿石头击打水面木板上的青蛙，木板被打中向右倾时，青蛙就向左跳；向前倾时，它便向后跳；不管木板怎么摇晃，青蛙都不在乎。原来，青蛙 懂得保持木板两边的均衡。
伽利略终于得到了灵感：重量相同的东西，挂在一根杆子的两端时，就能保持平衡。若将其中的一方浸入水中时，就无法再保持平衡了……
利用这个原理，伽利略发明了测量物体的重量和体积的仪器——水秤。而后，他又发表了以数学计算见长的论文“固体的重心”，轰动了当时的学术界。凭借这篇论文，比萨大学聘请他担任数学讲师。
可是伽利略在比萨大学并不受欢迎，因为他竟然公开站出来向亚里士多德的学说提出挑战。
亚里士多德认为，不同重量的物体从高处下落的时候速度是不一样的。当时人们都信以为真，但是伽利略对此表示怀疑。他私下做了实验：把3颗大小不同的石 头，从二楼的窗口抛下去，结果3颗石头均同时到达地面。于是他知道亚里士多德的这些理论是不对的。当他把这项实验告诉其他教授的时候，大家都不相信。在当 时的学者眼里，除了上帝，就是亚里士多德是对的。他们嘲笑伽利略：
“一个小小的讲师，竟敢评论亚里士多德的学说是错的，简直荒唐可笑！”
尽管如此，伽利略仍然坚持自己的实验结果，不肯附和“权威性”的说法。
为了让学校里的教授和学生相信他的理论，伽利略计划利用比萨斜塔来公开他的实验。因为这座塔有60米高，而且是倾斜的，从塔上放下东西，可以清楚地看到物体掉落的情形，这是再理想不过的实验场所了。
这一天中午，天气格外晴朗，广场上早就挤满了看热闹的人群，他们都互相传告着：