Теорию о том, что при броске тела мы передаем ему силу, принимал и Филопон — философ VI столетия. Вместе с тем Филопон отрицал, что скорость падения напрямую зависит от массы тела, и утверждал: в пустом пространстве скорость предмета вполне определенная и постоянная — ввиду отсутствия сопротивления она не убывает.
Десять веков спустя итальянский ученый Галилео Галилей (1564–1642) прочитал труды механика и астронома Дж. Бенедетти, который критиковал идеи Аристотеля и развивал теорию Филопона. Бенедетти писал, что при толчке/броске тела ему сообщается импе´тус — движущая сила, или, современным языком, импульс. Импетус направлен прямолинейно и имеет определенную величину, но по пути движущийся объект постоянно порождает новые импетусы и таким образом ускоряется. В целом же скорость падения зависит и от разницы в плотности тела и среды, и от площади тела. Галилея эти мысли заинтересовали, и в 1611 г. он отправился в Рим, чтобы выступить против догматических учений церкви, слепо насаждавшей теорию Аристотеля. Ученому очень хотелось исследовать движение экспериментально.
Каждое свое умозаключение Галилей пытался доказать или опровергнуть в ходе эксперимента, используя только идеальные предметы: гладкие, совершенно круглые шары и ровные дорожки. Вслед за Бенедетти он отказался от разделения движений на природные и противоестественные, поскольку четкой границы между ними не существует, и сосредоточился на самом процессе, без учета первопричины.
Первым предположением Галилея было то, что масса предметов никак не влияет на скорость их падения. Конечно, если сбросить с крыши три одинаковых шара, они долетят до земли одновременно. Но даже если скрепить два шара между собой (то есть увеличить массу тела вдвое) — все три снова-таки будут падать синхронно. Чтобы проверить это, ученый вышел на самый верх Пизанской башни и сбросил оттуда 80-килограммовое пушечное ядро и 200-граммовую пулю, которые имели одинаковую форму и текстуру поверхности. На землю шары упали в один и тот же момент, и Галилей сделал вывод: скорость падающего предмета зависит не от его массы, а от сопротивления воздуха, тормозящего объект. Для современников ученого это стало настоящим откровением: издревле в народе бытовало заблуждение, будто сдвинутый с места предмет образует позади себя пустое пространство, которое тут же заполняется воздухом (поскольку природа не терпит пустоты), а тот, в свою очередь, проталкивает тело дальше. То есть все думали, что воздух должен давать ускорение, а не замедлять.
Кроме того, Галилео усомнился в общественном убеждении, что если не подталкивать объект постоянно, то он непременно остановится, пусть даже впереди нет никаких преград. Ученый наблюдал, как шар, сброшенный с башни, летит без остановок до самой земли, да еще и равномерно ускоряется. Очевидно, происходит это потому, что снизу на шар действует сила притяжения, подумал Галилей. Если пустить шар с горки, его ускорение станет гораздо менее заметным, но шар не остановится и будет катиться хоть целую вечность (ну, или пока горка не закончится). Толкнув шар вверх по горке, мы увидим, что он постепенно замедляется, а потом скатывается назад, — действует та же гравитация. А вот на горизонтальной поверхности шар после толчка мог бы двигаться на постоянной скорости сколь угодно долго, если бы ему не мешали сила трения и сопротивление воздуха. Таким образом, Галилей открыл закон инерции: любое тело будет двигаться с постоянной скоростью либо не двигаться вовсе при условии, что на него ничего не действует извне.