自由落体实验的历史
说到自由落体实验，那就不得不讲到两个重量级人物，古希腊哲学家亚里士多德和意大利物理学家伽利略，他们俩跨越时空的科学实验较量推动了近代实验的发展，爱因斯坦曾经高度评价：“伽利略的发现以及他所应用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一”。
在16世纪之前，希腊哲学家亚里士多德（公元前384年-公元前322年）是第一个研究物理现象的科学巨人，但他的研究并没有依靠实验，而是从最原始的直接经验出发，用哲学思辨代替科学实验。他认为每个物体都有回到自然位置的特性，物体回到自然位置的运动就是自然运动。这种运动取决于物体的本性，不需要外部作用。自由落体是典型的自然运动，物体越重，回到自然位置的倾向越大。一个常见并且非常明显的事实是，石头下落的比树叶快。所以，亚里士多德认为，也是大多数人认为：物体下落的快慢是由它们的重量决定的。这一论断由于符合人们的常识，所以被广为接受，奉为真理，2000多年，从来没有人怀疑这个论断的正确性。
伽利略(1564—1642)是近代自然科学的奠基者，被誉为科学史上第一位现代意义上的科学家。他为自然科学创立了两个研究法则：观察实验和量化方法，开创了实验和数学相结合、真实实验和理想实验相结合的近代科学研究方法。这使得近代物理学从此走上了以精确观测实验为基础的道路。
伽利略的思想实验
16世纪末，还是青年的伽利略对亚里士多德对自由落体运动的论断表示怀疑。在他著名的著作《两种新科学的对话》中，他设计了一个完美的思想实验。这个实验充分展现了逻辑的力量，证明亚里士多德的理论不正确。
这个思想实验是这样的：
伽利略的思想实验
让一重物体和一轻物体束缚在一起同时下落。按照亚里士多德的观点，这一理想实验将会得到两个截然相反的结论。其中第一种逻辑是，由于小球和大球捆绑在一起，重物受到轻物的牵连与阻碍，下落速度将会减慢，捆绑在一起的小球下落速度会减慢，下落时间将会延长。第二种逻辑是，由于这一联结，联结体的重量之和大于原重物体，根据亚里士多德“物体越重下落越快”的结论，因而捆在一起的球下落速度会变大，下落时间会更短。显然这是两个截然相反的结论，那么实际上的真实的情况应该是什么样的呢？伽利略认为，为了消除这样的矛盾，只有一种可能——重的物体和轻的物体下落得一样快！也就是说，下落的快慢和重量无关！同时他提出，实验结果是检验理论的唯一标准。伽利略利用实验来验证了这个物理问题的事实，在比萨斜塔上做了那个大名鼎鼎的实验：两个铁球同时着地。
比萨斜塔铁球实验
为了证明自己的理论，传说伽利略在比萨斜塔做过自由落体实验：比萨斜塔高179英尺，由于塔基问题，塔身发生倾斜，正好是自由落体实验的理想场所。伽利略为了证明他的论断，说服更多的人，邀请了许多人到斜塔旁观看，有他的支持者，也有他的反对者。伽利略一手拿着一个1磅重的铅球，另一手拿着一个10磅重的铅球，一步一步地登上斜塔。到了塔顶，他向下作了个手势请观众注意，随即双手平举两个铅球让它们同时下落，最后“咣当”的一声，两个重量相差9倍的铅球同时落地，证明了他提出的理论的正确性。后来来自世界各地的人们都前往比萨斜塔参观，把这座古老的建筑作为物理学的圣地。
比萨斜塔
回到开头提出的小问题，为什么会存在石头比树叶下落的快呢？其实主要原因是：当我们在地球上做物体自由落体的实验时，物体受到的力不仅仅只有重力，还存在空气阻力，当物体下落时，它会与周围的空气发生摩擦，这会减缓物体下落的速度。空气阻力的大小取决于物体的形状、大小和密度。树叶通常比石头更轻、更大、更薄，且形状不规则，所以它们受到的空气阻力更大，下落的速度更慢。所以当自由落体的物体在真空中（如在月球上时），他们不受空气阻力的作用，才能体现出“同时着地”的特性。
后人有趣的重复实验
1971年8月2日，在月球上，阿波罗15号的指挥官大卫·斯哥特，在无空气月球表面上使用一把锤子和一根羽毛重复了这个试验。他手拿1.32公斤重的铝合金，跟只有0.03公斤重的鹰羽，在距离月球地面1.6米的高度上，同时松手，结果铝合金与鹰羽同时落在地上，让地球上的电视观众亲眼看到了两个物体同时掉落在月球表面上。再一次验证了伽利略当初的猜想。
后来有学者考究，伽利略的比萨斜塔实验其实没有文献可以查到，但无论比萨斜塔实验的真假，伽利略确实利用理想实验和科学推理，巧妙地揭示了亚里士多德运动理论的内在矛盾，打开了亚里士多德运动理论的缺口，为这为实验物理学的发展奠定了基础，开启了以实验为基础的物理学研究方法。也告诉我们在追求真理的道路上要不畏强权，勇于思考真理，敢于质疑权威。
