İki bin yıla yakın bir süre boyunca, düşen cisimlerle ilgili en yaygın görüş Antik Yunan filozofu Aristoteles'e dayanıyordu. Aristoteles'e göre ağır cisimler hafif cisimlerden daha hızlı düşerdi. Bir taşın bir tüyden daha hızlı yere ulaşması, bu görüşü destekliyor gibiydi. Gündelik deneyimle uyumlu olan bu düşünce, yüzyıllar boyunca neredeyse hiç sorgulanmadan kabul gördü. Bu görüşü kökten değiştiren kişi, on altıncı ve on yedinci yüzyıllarda yaşamış İtalyan bilim insanı Galileo Galilei oldu.

Galileo'yla ilgili en ünlü öykülerden biri, onun Pisa Kulesi'nin tepesinden farklı ağırlıktaki iki topu bıraktığı ve topların aynı anda yere düştüğünü gösterdiğidir. Ancak tarihçilerin önemli bir kısmı, bu deneyin gerçekten yapıldığından kuşku duymaktadır. Öykü, Galileo'nun ölümünden sonra öğrencilerinden biri tarafından anlatılmıştır ve Galileo'nun kendi yazılarında böyle bir deneyden söz edilmez. Gerçek ya da efsane olsun, bu öykü Galileo'nun yaklaşımının özünü yansıtır: Doğayı anlamak için otoritelere değil, deneye ve gözleme başvurmak.

Galileo, Aristoteles'in görüşündeki tutarsızlığı göstermek için zekice bir düşünce deneyi de önerdi. Ağır bir taş ile hafif bir taşın birbirine bağlandığını düşünelim. Aristoteles'e göre hafif taş daha yavaş düşmek isteyeceği için ağır taşı yavaşlatmalıdır; bu durumda bağlı taşlar, ağır taştan daha yavaş düşmelidir. Ancak iki taş birlikte, ağır taştan daha ağır bir cisim oluşturur; bu durumda da ağır taştan daha hızlı düşmeleri gerekir. Aynı varsayımdan iki çelişkili sonuç çıkması, varsayımın kendisinin yanlış olduğunu gösterir.

Serbest düşmeyi doğrudan ölçmek, Galileo'nun döneminde çok zordu. Cisimler o kadar hızlı düşüyordu ki saat bulunmayan bir dönemde bu hareketi hassas biçimde ölçmek neredeyse imkânsızdı. Galileo bu sorunu, düşme hareketini yavaşlatarak çözdü. Topları, hafif eğimli düzgün oluklardan aşağı yuvarladı. Zamanı ölçmek için ise bir kaptan akan suyun miktarını tarttı ve hatta kendi nabzından ve müzikal ritimlerden yararlandığı aktarılır. Bu deneyler, düşen cisimlerin hızının zamanla düzenli olarak arttığını gösterdi.

Galileo'nun bulgularından biri, düşen bir cismin aldığı yolun, geçen sürenin karesiyle orantılı olduğuydu. Yani bir cisim ilk saniyede belirli bir yol alıyorsa, iki saniyenin sonunda bu yolun dört katını, üç saniyenin sonunda ise dokuz katını alır. Bu matematiksel ilişki, doğa olaylarının matematik diliyle ifade edilebileceği düşüncesinin önemli örneklerinden biri oldu. Galileo'ya atfedilen bir söze göre doğa kitabı matematik diliyle yazılmıştır.

Peki gündelik yaşamda bir tüyün bir taştan daha yavaş düşmesi nasıl açıklanabilir? Galileo'ya göre bu farkın nedeni cisimlerin ağırlığı değil, havanın direnciydi. Hava, hareket eden cisimlere karşı bir direnç uygular. Tüy gibi hafif ve geniş yüzeyli cisimler bu dirençten çok daha fazla etkilenir. Eğer hava olmasaydı, bütün cisimler ağırlıklarından bağımsız olarak aynı hızla düşerdi. Bu düşünce, Galileo'nun döneminde doğrudan sınanamıyordu; çünkü havası tamamen boşaltılmış bir ortam oluşturmak mümkün değildi.

Galileo'nun öngörüsü, onun ölümünden yüzyıllar sonra çarpıcı bir biçimde doğrulandı. 1971 yılında Apollo 15 görevinde Ay yüzeyine inen bir astronot, televizyon kameraları önünde bir elinde çekiç, diğer elinde bir şahin tüyü tutarak ikisini aynı anda bıraktı. Ay'da hava bulunmadığı için çekiç ve tüy aynı anda Ay yüzeyine ulaştı. Astronot, bu sonucun Galileo'nun haklı olduğunu gösterdiğini söyledi. Bu basit gösteri, dört yüz yıllık bir öngörünün bir başka dünyada sınanması olarak tarihe geçti.

Galileo'nun hareket üzerine çalışmaları, eylemsizlik kavramının da temellerini attı. Aristoteles'e göre bir cismin hareket etmeyi sürdürmesi için ona sürekli bir kuvvet uygulanması gerekirdi. Galileo ise sürtünme olmasaydı, hareket eden bir cismin aynı hızla sonsuza kadar hareket etmeyi sürdüreceğini ileri sürdü. Bu düşünce, daha sonra Isaac Newton'ın hareket yasalarının ilki olarak formüle edilecekti. Newton'ın, başkalarından daha uzağı görebildiyse bunun devlerin omuzlarında durduğu için olduğunu söylemesi, Galileo gibi öncülere duyduğu borcu yansıtır.

Galileo'nun bilimsel yaşamı, yalnızca hareketle sınırlı değildi. Geliştirdiği teleskopla Jüpiter'in uydularını, Venüs'ün evrelerini ve Ay'ın yüzeyindeki dağları gözlemledi. Bu gözlemler, Dünya'nın evrenin merkezinde olmadığını ve Güneş'in çevresinde döndüğünü savunan görüşü destekliyordu. Bu görüşleri nedeniyle Galileo, Katolik Kilisesi tarafından yargılandı ve görüşlerinden vazgeçmeye zorlandı. Yaşamının son yıllarını ev hapsinde geçirdi; ancak bu dönemde de hareket üzerine en önemli eserlerinden birini tamamladı.

Galileo'nun mirası, belirli keşiflerinden çok bilime kazandırdığı yöntemde yatar. Gözlemi ve deneyi otoritenin önüne koyması, doğa olaylarını matematikle ifade etmesi ve karmaşık olayları basitleştirerek temel ilkeleri ortaya çıkarması, modern bilimin temel taşları hâline gelmiştir.