伽利略 -義大利物理學家

伽利略

伽利略·伽利萊(Galileo Galilei,1564年2月15日-1642年1月8日),義大利物理學家、數學家、天文學家哲學家,科學革命中的重要人物。其成就包括改進望遠鏡和其所帶來的天文觀測,以及支持哥白尼的日心說。伽利略做實驗證明,感受到引力的物體並不是呈勻速運動,而是呈加速度運動;物體隻要不受到外力的作用,就會保持其原來的靜止狀態或勻速運動狀態不變。他的工作,為牛頓的理論體系的建立奠定了基礎。1609年8月21日,伽利略展示了人類歷史上第一架按照科學原理製造出來的望遠鏡。1642年1月8日卒于比薩。伽利略被譽為“現代觀測天文學之父” 、“現代物理學之父” 、“科學之父” 及“現代科學之父”。

  • 中文名
    伽利略·伽利萊
  • 外文名
    Galileo Galilei
  • 國籍
    義大利
  • 出生地
    義大利西海岸比薩城
  • 出生日期
    1564年2月15日
  • 逝世日期
    1642年1月8日
  • 職業
    天文學家,物理學家,數學家
  • 畢業院校
    比薩大學
  • 成就
    論證日心說
  • 作品
    《關于太陽黑子的書信》

人物簡介

歷史上他首先提出並證明了同物質同形狀的兩個重量不同的物體下降速度一樣快,他反對教會的陳規舊俗,由此,他晚年受到教會迫害,並被終生監禁。他以系統的實驗和觀察推翻了亞裏士多德諸多觀點。因此,他被稱為“近代科學之父”“現代觀測天文學之父” 、“現代物理學之父”、“科學之父” 及“現代科學之父”。他的工作,為牛頓的理論體系的建立奠定了基礎。

伽利略家族姓伽利雷(Galilei),他的全名是Galileo Galilei,但現已通行稱呼他的名Galileo,而不稱呼他的姓。因為翻譯問題,所以姓眾說紛紜,以伽利雷為準。

伽利略伽利略

1590年,伽利略在比薩斜塔上做了“兩個鐵球同時落地”的著名試驗,從此推翻了亞裏士多德“物體下落速度和重量成比例”的學說,糾正了這個持續了2000年之久的錯誤結論。

但是伽利略在比薩斜塔做試驗的說法後來被嚴謹的考證否定了。盡管如此,來自世界各地的人們都要前往參觀,他們把這座古塔看做伽利略的紀念碑。

1609年,伽利略創製了天文望遠鏡(後被稱為伽利略望遠鏡),並用來觀測天體。他發現了月球表面的凹凸不平,並親手繪製了第一幅月面圖。1610年1月7日,伽利略發現了木星的四顆衛星,為哥白尼學說找到了確鑿的證據,標志著哥白尼學說開始走向勝利。借助于望遠鏡,伽利略還先後發現了土星光環、太陽黑子、太陽的自轉、金星和水星的盈虧現象、月球的周日和周月天平動,以及銀河是由無數恆星組成等等。這些發現開闢了天文學的新時代。為了紀念伽利略的功績,人們把木衛一、木衛二、木衛三和木衛四命名為伽利略衛星。

伽利略著有《星際使者》《關于太陽黑子的書信》《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》《關于兩門新科學的談話和數學證明》和《試驗者》。學伽利略為牛頓的牛頓運動定律第一、第二定律提供了啓示。他非常重視數學在套用科學方法上的重要性,特別是實物與幾何圖形符合程度到多大的問題!他還推翻亞裏士多德的話。他善于提問,不問個水落石出不罷休。許多高年級同學也經常因為被他問倒而難堪。                                             

早年經歷

父親違背自己意願去經商

1564年2月15日,伽利略·伽利雷出生在義大利西海岸比薩城一個破落的貴族之家。據說他的祖先是翡冷翠很有名望的醫生,但是到了他的父親伽利略·凡山杜這一代,家境日漸敗落。凡山杜是個很有才華的音樂家,生前出版過幾本牧歌和器樂作品,他的數學也很好,精通希臘文和拉丁文和英語,但是美妙的音樂不能填飽一家人的肚皮,他的數學才能也不能給他謀到一個好職位。大約在小伽利略出生不久,凡山杜在離比薩城不遠的翡冷翠開了一間賣毛織品的小鋪子,這完全是不得已的辦法。但是為了維持一家人的生活,凡山杜隻好違背自己的意願去經商。

伽利略是凡山杜的長子

父親對兒子寄予很大希望。他發現,小伽利略非常聰明,從小對什麽事物都充滿強烈的好奇心。不僅如此,這個孩子心靈手巧,他似乎永遠閒不住,不是畫畫,就是彈琴,而且時常給弟弟妹妹做許多靈巧的機動玩具,玩得十分開心。

伽利略伽利略

在校專心學習

小伽利略最初進了佛倫勃羅薩修道院的學校。在這所學校,他專心地學習哲學和宗教,有段時間,小伽利略很想將來當一個獻身教會的傳教士。但是凡山杜聽到這個情況後,立即把兒子帶回家,他勸說伽利略去學醫,這是他為兒子的未來早已設計好的一條路。

17歲那年,伽利略進了著名的比薩大學,按照父親的意願,他當了醫科學生。比薩大學是所古老的大學,學校圖書館藏書豐富,這很合伽利略的心意,但是伽利略對醫學並沒有多大興趣,他很少上課,一上課就對教授們教課的內容提出這樣那樣的疑問,使教授們難于回答,在教授們的眼裏,伽利略是個很不招人喜歡的壞學生。不過,伽利略隻是興趣不在醫學,他孜孜不倦地學習數學、物理學等自然科學,並且以懷疑的眼光看待那些自古以來被人們奉為經典的學說。

學術生涯

早年活動時期

1583年,伽利略在比薩教堂裏註意到一盞懸燈的擺動,隨後用線懸銅球作模擬實驗,確證了微小擺動的等時性以及擺長對周期的影響,由此創製出脈搏計用來測量短時間間隔。1585年因家貧退學,擔任家庭教師,但仍奮力自學。1586年,他發明了浮力天平,並寫出論文《小天平》。

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1587年他帶著關于固體重心計演算法的論文到羅馬大學求見著名數學家和歷法家C.克拉維烏斯教授,大受稱贊和鼓勵。克拉維烏斯回贈他羅馬大學教授P.瓦拉的邏輯學講義與自然哲學講義,這對于他以後的工作大有幫助。

1588年他在翡冷翠研究院做了關于但丁《神曲》中煉獄圖形構想的學術演講,其文學與數學才華大受人們贊揚。次年發表了關于幾種固體重心計演算法的論文,其中包括若幹靜力學新定理。由于這些成就,當年比薩大學便聘請他任教,講授幾何學與天文學。第二年他發現了擺線。

當時比薩大學教材均為亞裏士多德學派的學者所撰,書中充斥著神學與形而上學的教條。伽利略經常發表辛辣的反對意見,由此受到校內該學派的歧視和排擠。1591年其父病逝,家庭負擔加重,他便決定離開比薩。

帕多瓦時期

1592年伽利略轉到帕多瓦大學任教。帕多瓦屬于威尼斯公國,遠離羅馬,不受教廷直接控製,學術思想比較自由。在此良好氣氛中,他經常參加校內外各種學術文化活動,與具有各種思想觀點的同事論辯。此時他一面吸取前輩如N.F.塔爾塔利亞、G.B.貝內代蒂、F.科門迪諾等人的數學與力學研究成果,一面經常考察工廠、作坊、、礦井和各項軍用民用工程,廣泛結交各行業的技術員工,幫他們解決技術難題,從中吸取生產技術知識和各種新經驗,並得到啓發。

在此時期,他深入而系統地研究了落體運動、拋射體運動、靜力學、水力學以及一些土木建築和軍事建築等;發現了慣性原理,研製了溫度計和望遠鏡。

1597年,他收到J.開普勒贈閱的《神秘的宇宙》一書,開始相信日心說,承認地球有公轉和自轉兩種運動。但這時他對柏拉圖的圓運動最自然最完美的思想印象太深,以致對開普勒的行星橢圓軌道理論不感興趣。

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1604年天空出現超新星,亮光持續18個月之久。他便趁機在威尼斯作幾次科普演講,宣傳哥白尼學說。由于講得精彩動聽,聽眾逐次增多,最後達千餘人。

1609年7月,盛傳一荷蘭眼鏡工人發明了供人玩賞的望遠鏡。他未見到實物,思考竟日後,用風琴管和凸凹透鏡各一片製成一具望遠鏡,倍率為3,後又提高到9。他邀請威尼斯參議員到塔樓頂層用望遠鏡觀看遠景,觀者無不驚喜萬分。參議院隨後決定他為帕多瓦大學的終身教授。1610年初,他又將望遠鏡放大率提高到33,用來觀察日月星辰,新發現甚多,如月球表面高低不平,月球與其他行星所發的光都是太陽的反射光,水星有4顆衛星,銀河原是無數發光體的總匯,土星有多變的橢圓外形等等,開闢了天文學的新天地。是年3月,出版了他的《星空信使》一書,震撼全歐。隨後又發現金星盈虧與大小變化,這對日心說是一強有力的支持。

伽利略日後回顧在帕多瓦的18年時,認為這是他一生中工作最開展、精神最舒暢的時期。事實上,這也是他一生中學術成就最多的時期。

托斯卡納時期

20年來伽利略在物理學和天文學研究上的豐碩成果,激起了他學術上的更大企求。為了取得有充裕時間致力于科學研究,1610年春,他辭去大學教職,接受托斯卡納公國大公聘請,擔任宮廷首席數學家和哲學家的閒職與比薩大學首席數學教授的榮譽職位。

為了使科學免受教會幹預,伽利略曾多次去羅馬活動。1611年他第二次去羅馬,目的在于贏得宗教、政治與學術界認可他在天文學上的發現。他在羅馬受到包括教皇保羅五世和若幹高級主教在內的上層人物的熱情接待,並被林賽研究院接納為院士。當時耶穌會的神父們承認他的觀測事實,隻是不同意他的說法。這年5月,在羅馬大學的大會上,幾個高職位的神父公開宣布了伽利略的天文學成就。

同年,他觀察到太陽黑子及其運動,對比黑子的運動規律和圓運動的投影原理,論證了太陽黑子是在太陽表面上;他還發現了太陽有自轉。1613年他發表了3篇討論太陽黑子問題的通信稿。另外,1612年他又出版了《水中浮體對話集》一書。

1615年,一詭詐的教士集團和教會中許多與伽利略敵對的人聯合攻擊伽利略為哥白尼學說辯護的論點,控告他違反基督教義。他聞訊後,于是年冬第三次去羅馬,力圖挽回自己的聲譽,企求教廷不因自己保持哥白尼觀點而受到懲處,也不公開壓製他宣傳哥白尼學說,教廷默認了前一要求,但拒絕了後者。教皇保羅五世在1616年下達了著名的“1616年禁令”,禁止他以口頭的或文字的形式保持、傳授或捍衛日心說。

1624年,他第四次去羅馬,希望故友新任教皇烏爾邦八世能夠同情並理解他的意願,以維護新興科學的生機。他先後謁見6次,力圖說明日心說可以與基督教教義相協調,說“聖經是教人如何進天國,而不是教人知道天體是如何運轉的”;並且嘗試以此說服一些大主教,但毫無效果。烏爾邦八世堅持“1616年禁令”不變;隻允許他寫一部同時介紹日心說和地心說的書,但對兩種學說的態度不得有所偏倚,而且都要寫成數學假設性的。在這辛勤奔波的一年裏,他研製成了一台顯微鏡,“可將蒼蠅放大成母雞一般”。

此後6年間,他撰寫了《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系對話》一書.1630年他第5次到羅馬,取得了此書的“出版許可證”。此書終于在1632年出版了。此書在表面上保持中立,但實際上卻為哥白尼體系辯護,並多處對教皇和主教隱含嘲諷,遠遠超出了僅以數學假設進行討論的範圍。全書筆調詼諧,在義大利文學史上列為文學名著。

教廷的迫害和晚年生活

《對話》出版後6個月,羅馬教廷便勒令停止出售,認為作者公然違背“1616年禁令”,問題嚴重,亟待審查。原來有人在教皇烏爾邦八世面前挑撥說伽利略在《對話》中,借頭腦簡單、思想守舊的辛普利邱之口以教皇慣用辭句,發表了一些可笑的錯誤言論,使他大為震怒。曾支持他當上教皇的集團激烈地主張要嚴懲伽利略,而神聖羅馬帝國和西班牙王國認為如縱容伽利略會對各國國內的異端思想產生重大影響,提出聯合警告。在這些內外壓力和挑撥下,教皇便不顧舊交,于這年秋發出要伽利略到羅馬宗教裁判所受審的指令。

年近七旬而又體弱多病的伽利略被迫在寒冬季節抱病前往羅馬,在嚴刑威脅下被審訊了三次,根本不容審辯。幾經折磨,終于在1633年6月22日在聖瑪麗亞修女院的大廳上由10名樞機主教聯席宣判,主要罪名是違背“1616年禁令”和聖經教義。伽利略被迫跪在冰冷的石板地上,在教廷已寫好的“悔過書”上簽字。主審官宣布:判處伽利略終身監禁;《對話》必須焚絕,並且禁止出版或重印他的其他著作。此判決書立即通報整個天主教世界,凡是設有大學的城市均須聚眾宣讀,借此以一儆百。

伽利略既是勤奮的科學家,又是虔誠的天主教徒,深信科學家的任務是探索自然規律,而教會的職能是管理人們的靈魂,不應互相侵犯。所以他受審之前不想逃脫,受審之時也不公開反抗,而是始終服從教廷的處置。他認為教廷在神學範圍之外行使權力極不明智,但隻能私下有所不滿。顯然,G.布魯諾的被處火刑和T.康帕內拉的被長期打入死牢,這兩位義大利傑出的哲學家的遭遇,給他精神上投下了可怕的陰影。

宗教裁判所的判決隨後又改為在家軟禁,指定由他的學生和故友A.皮柯羅米尼大主教在錫耶納的私宅中看管他,規定禁止會客,每天書寫材料均需上繳等。在皮柯羅米尼的精心護理和鼓勵下,伽利略重行振作起來,接受皮柯羅米尼的建議繼續研究無爭議的物理學問題。于是他仍用《對話》中的三個對話人物,以對話體裁,和較樸素的文筆,將他最成熟的科學思想和研究成果撰寫成《關于兩門新科學的對話與數學證明對話集》。兩門新科學是指材料力學(見彈性力學)和動力學。這部書稿1636年就已完成,由于教會禁止出版他的任何著作,他隻好托一位威尼斯友人秘密攜出國境,1638年在荷蘭萊頓出版。

伽利略在皮柯羅米尼家中剛過了5個月,便有人寫匿名信向教廷控告皮柯羅米尼厚待伽利略。教廷乃勒令伽利略于當年12月遷往翡冷翠附近的阿切特裏他自己的故居,由他的大女兒維姬尼亞照料,禁例依舊。她對父親照料妥貼,但4個月後竟先于父親病故。

伽利略多次要求外出治病,均未獲準。1637年雙目失明。次年才獲準住在其子家中。在這期間探望他的除托斯卡納大公外,還有英國著名詩人、政論家J.彌爾頓和法國科學家、哲學家P.伽桑迪。他的學生和老友B.卡斯泰裏還和他討論過利用木衛星計算地面經度的問題。這時教廷對他的限製和監視已明顯放松了。

1639年夏,伽利略獲準接受聰慧好學的18歲青年V.維維亞尼為他的最後一名學生,並可在他身邊照料,這位青年使他非常滿意。1641年10月卡斯泰裏又介紹自己的學生和過去的秘書E.托裏拆利前往陪伴。他們和這位雙目失明的老科學家共同討論如何套用擺的等時性設計機械鍾,還討論過碰撞理論、月球的天平動、大氣壓下礦井水柱高度等問題,因此,直到臨終前他仍在從事科學研究。

伽利略于1642年1月8日病逝,葬儀草率簡陋,直到下一世紀,遺骨才遷到家鄉的大教堂。

科學的不斷發展,迫使羅馬教廷不得不在1757年宣布解除對哥白尼《天體運行論》的禁令;1882年羅馬教皇又無可奈何地承認了日心學說。1979年11月10日,梵蒂岡教皇J.保羅二世代表羅馬教廷為伽利略公開平反昭雪,認為教廷在300多年前迫害他是嚴重的錯誤。這表明朝廷最終承認了伽利略的主張——宗教不應該幹預科學。

主要貢獻

伽利略的主要貢獻可分下列六個方面:

力學

伽利略是第一個把實驗引進力學的科學家,他利用實驗和數學相結合的方法確定了一些重要的力學定律。1582年前後,他經過長久的實驗觀察和數學推算,得到了擺的等時性定律。接著在1585年因家庭經濟困難輟學。離開比薩大學期間,他深入研究古希臘學者歐幾裏得阿基米德等人的著作。他根據杠桿原理和浮力原理寫出了第一篇題為《天平》的論文。不久又寫了論文《論重力》,第一次揭示了重力和重心的實質並給出準確的數學表達式,因此聲名大振。與此同時,他對亞裏士多德的許多觀點提出質疑。

在1589~1591年間,伽利略對落體運動作了細致的觀察。從實驗和理論上否定了統治千餘年的亞裏士多德關于“落體運動法則”確立了正確的“自由落體定律”,即在忽略空氣阻力條件下,重量不同的球在下落時同時落地,下落的速度與重量無關。根據伽利略晚年的學生V.維維亞尼的記載,落體實驗是在比薩斜塔上公開進行的:1589年某一天,伽利略將一個重10磅,一個重1磅的鐵球同時拋下,幾乎同時落地,在場的競爭者個個目瞪口呆,在大笑中聳聳肩走了。但在伽利略的著作中並未明確說明實驗是在比薩斜塔上進行的。因此近年來對此存在爭議。

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伽利略對運動基本概念,包括重心、速度、加速度等都作了詳盡研究並給出了嚴格的數學表達式。尤其是加速度概念的提出,在力學史上是一個裏程碑。有了加速度的概念,力學中的動力學部分才能建立在科學基礎之上,而在伽利略之前,隻有靜力學部分有定量的描述。

伽利略曾非正式地提出過慣性定律(見牛頓運動定律)和外力作用下物體的運動規律,這為牛頓正式提出運動第一、第二定律奠定了基礎。在經典力學的創立上,伽利略可說是牛頓的先驅。

伽利略還提出過合力定律,拋射體運動規律,並確立了伽利略相對性原理. 伽利略在力學方面的貢獻是多方面的。這在他晚年寫出的力學著作《關于兩門新科學的談話和數學證明》中有詳細的描述。在這本不朽著作中,除動力學外,還有不少關于材料力學的內容。例如,他闡述了關于梁的彎曲試驗和理論分析,正確地斷定梁的抗彎能力和幾何尺寸的力學相似關系。他指出,對長度相似的圓柱形梁,抗彎力矩和半徑立方成比例。他還分析過受集中載荷的簡支梁,正確指出最大彎矩在載荷下,且與它到兩支點的距離之積成比例。伽利略還對梁彎曲理論用于實踐所應註意的問題進行了分析,指出工程結構的尺寸不能過大,因為它們會在自身重量作用下發生破壞。他根據實驗得出,動物形體尺寸減小時,軀體的強度並不按比例減小。他說:“一隻小狗也許可以在它背上馱兩三隻同樣大小的狗,但我相信一匹馬也許連一匹和它同樣大小的馬也馱不起。”

天文學

他是利用望遠鏡觀測天體取得大量成果的第一位科學家。這些成果包括:發現月球表面凹凸不平,木星有四個衛星(現稱伽利略衛星),太陽黑子和太陽的自轉,金星、木星的盈虧現象以及銀河由無數恆星組成等。他用實驗證實了哥白尼的“地動說”,徹底否定了統治千餘年的亞裏士多德和托勒密的“天動說”。

哲學

他一生堅持與唯心論和教會的經院哲學作鬥爭,主張用具體的實驗來認識自然規律,認為實驗是理論知識的源泉。他不承認世界上有絕對真理和掌握真理的絕對權威,反對盲目迷信。他承認物質的客觀性、多樣性和宇宙的無限性,這些觀點對發展唯物主義的哲學具有重要的意義。但由于歷史的局限性,他強調隻有可歸納為數量特征的物質屬性才是客觀存在的。

伽利略因為支持日心說入獄後,“放棄”了日心說,他說,"考慮到種種阻礙,兩點之間最短的不一定是直線",正是因為他有這樣的思想,暫時的放棄換得永遠的支持,沒有像布魯諾那樣去為科學的真理而犧牲,但卻可以為科學繼續貢獻自己的力量。

熱學

最早的溫度計是在1593年由義大利科學家伽利略(1564~1642)發明的。他的第一隻溫度計是一根一端敞口的玻璃管,另一端帶有核桃大的玻璃泡。使用時先給玻璃泡加熱,然後把玻璃管插入水中。隨著溫度的變化,玻璃管中的水面就會上下移動,根據移動的多少就可以判定溫度的變化和溫度的高低。溫度計有熱脹冷縮的作用所以這種溫度計,受外界大氣壓強等環境因素的影響較大,所以測量誤差較大。後來伽利略的學生和其他科學家,在這個基礎上反復改進,如把玻璃管倒過來,把液體放在管內,把玻璃管封閉等。

相對性原理

在發現慣性定律的基礎上,伽利略提出了相對性原理:力學規律在所有慣性坐標系中是等價的。力學過程對于靜止的慣性系和運動的慣性系是完全相同的。可以換句話說,在一系統內部所作任何力學的實驗都不能夠決定一慣性系統是在靜止狀態還是在作等速直線運動。伽利略在《對話》中寫道:當你在密閉的運動著的船艙裏觀察力學過程時,“隻要運動是勻速的,決不忽左忽右擺動,你將發現,所有上述現象絲毫沒有變化,你也無法從其中任何一個現象來確定,船是在運動還是停著不動。即使船運動得相當快,在跳躍時,你將和以前一樣,在船底板上跳過相同的距離,你跳向船尾也不會比跳向船頭來得遠,雖然你跳到空中時,腳下的船底板向著你跳的相反方向移動。

你把不論什麽東西扔給你的同伴時,不論他是在船頭還是在船尾,隻要你自己站在對面,你也並不需要用更多的力。水滴將象先前一樣,垂直滴進下面的罐子,一滴也不會滴向船尾,雖然水滴在空中時,船已行使了許多拃。魚在水中遊向水碗前部所用的力,不比遊向水碗後部來得大;它們一樣悠閒地遊向放在水碗邊緣任何地方的食餌。最後,蝴蝶和蒼蠅將繼續隨便地到處飛行,它們也決不會向船尾集中,並不因為它們可能長時間留在空中,脫離了船的運動,為趕上船的運動顯出累的樣子。如果點香冒煙,則將看到煙象一朵雲一樣向上升起,不向任何一邊移動。

所有這些一致的現象,其原因在于船的運動是船上一切事物所共有的,也是空氣所共有的。”相對性原理是伽利略為了答復地心說對哥白尼體系的責難而提出的。這個原理的意義遠不止此,它第一次提出慣性參照系的概念,這一原理被愛因斯坦稱為伽利略相對性原理,是狹義相對論的先導。

發明望遠鏡

伽利略在帕多瓦大學工作的18年間,最初把主要精力放在他一直感興趣的力學研究方面,他發現了物理上重要的現象——物體運動的慣性;做過有名的斜面實踐,總結了物體下落的距離與所經過的時間之間的數量關系;他還研究了炮彈的運動,奠定了拋物線理論的基礎;關于加速度這個概念,也是他第一個明確提出的:甚至為了測量病人發燒時體溫的升高,這位著名的物理學家還在1593年發明了第一支空氣溫度計……但是,一個偶然的事件,使伽利略改變了研究方向。他從力學和物理學的研究轉向廣漠無垠的茫茫太空了。

那是1609年6月,伽利略聽到一個訊息,說是荷蘭有個眼鏡商人利帕希在一偶爾的發現中,用一種鏡片看見了遠處肉眼看不見的東西。“這難道不正是我需要的千裏眼嗎?”伽利略非常高興。不久,伽利略的一個學生從巴黎來信,進一步證實這個訊息的準確性,信中說盡管不知道利帕希是怎樣做的,但是這個眼鏡商人肯定是製造了一個鏡管,用它可以使物體放大許多倍。

“鏡管!”伽利略把來信翻來覆去看了好幾遍,急忙跑進他的實驗室。他找來紙和鵝管筆,開始畫出一張又一張透鏡成像的示意圖。伽利略由鏡管這個提示受到啓發,看來鏡管能夠放大物體的秘密在于選擇怎樣的透鏡,特別是凸透鏡和凹透鏡如何搭配。他找來有關透鏡的資料,不停地進行計算,忘記了暮色爬上窗戶,也忘記了曙光是怎樣射進房間。

整整一個通宵,伽利略終于明白,把凸透鏡和凹透鏡放在一個適當的距離,就像那個荷蘭人看見的那樣,遙遠的肉眼看不見的物體經過放大也能看清了。

伽利略非常高興。他顧不上休息,立即動手磨製鏡片,這是一項很費時間又需要細心的活兒。他一連幹了好幾天,磨製出一對對凸透鏡和凹透鏡,然後又製作了一個精巧的可以滑動的雙層金屬管。現在,該試驗一下他的發明了。

伽利略小心翼翼地把一片大一點的凸透鏡安在管子的一端,另一端安上一片小一點的凹透鏡,然後把管子對著窗外。當他從凹透鏡的一端望去時,奇跡出現了,那遠處的教堂仿佛近在眼前,可以清晰地看見鍾樓上的十字架,甚至連一隻在十字架上落腳的鴿子也看得非常逼真。

伽利略製成望遠鏡的訊息馬上載開了。“我製成望遠鏡的訊息傳到威尼斯”,在一封寫給妹夫的信裏,伽利略寫道:“一星期之後,就命我把望遠鏡呈獻給議長和議員們觀看,他們感到非常驚奇。紳士和議員們,雖然年紀很大了,但都按次序登上威尼斯的最高鍾樓,眺望遠在港外的船隻,看得都很清楚;如果沒有我的望遠鏡,就是眺望兩個小時,也看不見。這儀器的效用可使50英裏的以外的物體,看起來就像在5英裏以內那樣。”

伽利略發明的望遠鏡,經過不斷改進,放大率提高到30倍以上,能把實物放大1000倍。現在,他猶如有了千裏眼,可以窺探宇宙的秘密了。

這是天文學研究中具有劃時代意義的一次革命,幾千年來天文學家單靠肉眼觀察日月星辰的時代結束了,代之而起的是光學望遠鏡,有了這種有力的武器,近代天文學的大門被開啟了。

現在,每當星光燦爛或是皓月當空的夜晚,伽利略便把他的望遠鏡瞄準深邃遙遠的蒼穹,不顧疲勞和寒冷,夜復一夜地觀察著。

過去,人們一直以為月亮是個光滑的天體,像太陽一樣自身發光。但是伽利略透過望遠鏡發現,月亮和我們生存的地球一樣,有高峻的山脈,也有低凹的窪地 (當時伽利略稱它是“海”)。他還從月亮上亮的和暗的部分的移動,發現了月亮自身並不能發光,月亮的光是透過太陽得來的。

伽利略又把望遠鏡對準橫貫天穹的銀河,以前人們一直認為銀河是地球上的水蒸汽凝成的白霧,亞裏士多德就是這樣認為的。伽利略決定用望遠鏡檢驗這一說法是否正確。他用望遠鏡對準夜空中霧蒙蒙的光帶,不禁大吃一驚,原來那根本不是雲霧,而是千千萬萬顆星星聚集一起。伽利略還觀察了天空中的斑斑雲彩——即通常所說的星團,發現星團也是很多星體聚集一起,像獵戶座星團、金牛座的昂星團、蜂巢星團都是如此。

伽利略的望遠鏡揭開了一個又一個宇宙的秘密,他發現了木星周圍環繞著它運動的衛星,還計算了它們的運行周期。現在我們知道,木星共有 16顆衛星,伽利略所發現的是其中最大的四顆。除此之外,伽利略還用望遠鏡觀察到太陽的黑子,他通過黑子的移動現象推斷,太陽也是在轉動的。

一個又一個振奮人心的發現,促使伽利略動筆寫一本最新的天文學發現的書,他要向全世界公布他的觀測結果。1610年3月,伽利略的著作《星際使者》在威尼斯出版,立即在歐洲引起轟動。

但是,他沒有想到,望遠鏡揭開的宇宙的秘密大大觸怒了很多人,一場可怕的厄運即將降臨在這位傑出的科學家的頭上。

主要作品

《小天平》 (1586)

《運動論》 (1590)

《力學》 (ca. 1600)

《地理軍事兩用圓規使用指南》(1606)

《星際信使》(1610;義大利文 Sidereus Nuncius)

《流體力學》 (1612)

《論太陽黑子》 (1613)

《致大侯爵夫人克裏斯蒂娜》(1615; 1636年出版)

《論潮汐》 (1616;義大利文 Discorso del flusso e reflusso del mare)

《論彗星》 (1619; 義大利文 Discorso Delle Comete)

《試金者》 (1623; 義大利文 Il Saggiatore)

《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》(1632; 義大利文 Dialogo dei due massimi sistemi del mondo)

《論兩種新科學及其數學演化》(1638; 義大利文 Discorsi e Dimostrazioni Matematiche, intorno a due nuove scienze)

人物故事

伽利略1564年生于義大利的比薩城,就在著名的比薩斜塔旁邊。他的父親是個破產貴族。當伽利略來到人世時,他的家庭已經很窮了。17歲那一年,伽利略考進了比薩大學。在大學裏,伽利略不僅努力學習,而且喜歡向老師提出問題。哪怕是人們司空見慣、習以為常的一些現象,他也要打破砂鍋問到底,弄個一清二楚。

眼睛盯著天花板

有一次,他站在比薩的天主教堂裏,眼睛盯著天花板,一動也不動。他在幹什麽呢?原來,他用右手按左手的脈搏,看著天花板上來回搖擺的燈。他發現,這燈的擺動雖然是越來越弱,以至每一次擺動的距離漸漸縮短,但是,每一次搖擺需要的時間卻是一樣的。于是,伽利略做了一個適當長度的擺錘,測量了脈搏的速度和均勻度。從這裏,他找到了擺的規律。鍾就是根據他發現的這個規律製造出來的。

失學了就努力自學

家庭生活的貧困,使伽利略不得不提前離開大學。失學後,伽利略仍舊在家裏刻苦鑽研數學。由于他的不斷努力,在數學的研究中取得了優異的成績。同時,他還發明了一種比重秤,寫了一篇論文,題目為《固體的重心》。此時,21歲的伽利略已經名聞全國,人們稱他為“當代的阿基米德”。在他25歲那年,比薩大學破例聘他當了數學教授。

舉世聞名的落體實驗

在伽利略之前,古希臘的亞裏士多德認為,物體下落的快慢是不一樣的。它的下落速度和它的重量成正比,物體越重,下落的速度越快。比如說,10千克重的物體,下落的速度要比1千克重的物體快10倍。

1700多年前以來,人們一直把這個違背自然規律的學說當成不可懷疑的真理。年輕的伽利略根據自己的經驗推理,大膽地對亞裏士多德的學說提出了疑問。經過深思熟慮,他決定親自動手做一次實驗。他選擇了比薩斜塔作實驗場。這一天,他帶了兩個大小一樣但重量不等的鐵球,一個重10磅,是實心的;另一個重1磅,是空心的。伽利略站在比薩斜塔上面,望著塔下。塔下面站滿了前來觀看的人,大家議論紛紛。有人諷刺說:“這個小伙子的神經一定是有病了!亞裏士多德的理論不會有錯的!”實驗開始了,伽利略兩手各拿一個鐵球,大聲喊道:“下面的人們,你們看清楚,鐵球就要落下去了。”說完,他把兩手同時張開。人們看到,兩個鐵球平行下落,幾乎同時落到了地面上。所有的人都目瞪口呆了。伽利略的試驗,揭開了落體運動的秘密,推翻了亞裏士多德的學說。這個實驗在物理學的發展史上具有劃時代的重要意義。

製成第一架望遠鏡

哥白尼是波蘭傑出的天文學家,他經過40年的天文觀測,提出了“日心說”的理論。他認為宇宙的中心是太陽,而不是地球。地球是一個普通的行星,它在自轉的同時還環繞太陽公轉。伽利略很早就相信哥白尼的“日心說”。1608年6月的一天,伽利略找來一段空管子,一頭嵌了一片凸面鏡,另一頭嵌了一片凹面鏡,做成了世界上第一個小天文望遠鏡。實驗證明,它可以把原來的物體放大3倍。伽利略沒有滿足,他進一步改進,又做了一個。他帶著這個望遠鏡跑到海邊,隻見茫茫大海波濤翻滾,看不見一條船。可是,當他拿起望遠鏡往遠處再看時,一條船正從遠處向岸邊駛來。實踐證明,它可以放大8倍。伽利略不斷地改進和製造著,最後,他的望遠鏡可以將原物放大32倍。

證實哥白尼的“日心說

每天晚上,伽利略都有用自己的望遠鏡觀看月亮。他看到了月亮上的高山、深谷,還有火山的裂痕。後來又開始觀看太空,探索宇宙的奧秘。他發現,銀河是由許多小星星匯集而成的。他還發現,太陽裏面有黑斑,這些黑斑的位置在不斷地變化。因此他斷定,太陽本身也在自轉。伽利略埋頭觀察,以無可辯駁的事實,證明地球在圍著太陽轉,而太陽不過是一個普通的恆星,從而證明了哥白尼學說的正確。1610年,伽利略出版了著名的《星空使者》。人們佩服地說:“哥倫布發現了新大陸,伽利略發現了新宇宙。”

人物名言

“追求科學,需要有特殊的勇敢,思考是人類最大的快樂。”

“生命猶如鐵砧,愈被敲打,愈能發出火花。”

“你無法教別人任何東西,你隻能幫助別人發現一些東西。”

“科學不是一個人的事業”

“真理不在蒙滿灰塵的權威著作中,而是在宇宙、自然界這部偉大的無字書中。”

“世界是一本以數學語言寫成的書。”

"一切推理都必須從觀察與實驗中得來。”

“與其誇大胡說,不如宣布那個聰明的、智巧的、謙遜的警句。”

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堅信科學

以頑強的毅力刻苦自學

翡冷翠一條不太熱鬧的街道,有一個門面不大、生意清淡的鋪子,這就是凡山杜開的毛織品商店。每天,當匆匆過往的行人經過這裏時,總是可以看見紅頭發的伽利略呆呆地坐在櫃台前出神,或者旁若無人的在那裏擺弄著一些莫名其妙的東西,像秤盤呀,鐵塊呀,盤子呀;而更多的時候,他是埋頭在書本裏,他看得那樣專心,就連他的父親大聲叫喚都聽不見。

自從回到家裏,伽利略不得不違背自己的意願在父親的鋪子裏當一名店員,但是他的心裏一時一刻也沒有忘記數學和物理學。沒有起碼的學習條件,也沒有老師可以求教,他就想方設法找到一些自然科學的書籍,以頑強的毅力刻苦自學。他最喜歡的書是歐幾裏得的《幾何原本》和阿基米德的著作。

《幾何原本》是世界上流傳下來最早的幾何學著作,而希臘科學家歐幾裏得的著作,包含了豐富的數學與力學知識,特別是其中的一些物理實驗,對伽利略有很大的吸引力。

談起實驗,伽利略的興趣最濃。還在比薩大學時,他就動手製作了一種用單擺原理製成的。

“脈搏計”

可以用來測量病人的脈搏跳動的情況,很受醫生的歡迎。現在,在父親的鋪子裏,談不上實驗的條件,但他仍然用一些日常的器具來做實驗,盡管這樣做免不了又要挨父親的罵,他還是照幹不誤。

他從阿基米德檢驗國王皇冠的實驗中受到啓發,一面重復這個實驗,一面想到這種方法的用途。當時歐洲各國的航海事業正在興起,航海業帶動了造船業和機械製造,採礦、冶金的發展,反過來又向科學技術提出許多新的問題。伽利略于是把他的註意力轉向合金的物理和力學性質的研究,不久,他通過測定物體在水中的重量發現,物體投入水中減輕的重量,剛好等于它排開的水的重量。在這個重大發現的基礎上,伽利略發明了一種比重秤,可以很方便地測定各種合金的比重。他還寫了一篇論文,詳細地介紹了比重秤的構造原理和使用方法。這件事,很快就在翡冷翠和其他城市傳開了。

1589年夏天,在翡冷翠的店鋪裏度過了4年自學生活的伽利略,由于得到宮廷數學家瑪竇·利奇的鼓勵,特別是貴族蓋特保圖侯爵的推薦,他終于獲得了比薩大學數學和科學教授的職位。這時,他隻有25歲。

現在,伽利略可以不必為生活發愁了,雖然工資不高,但是他可以在完成日常教學之外,專心從事他向往的科學研究。就在這不久,伽利略進行了本文一開頭介紹的自由落體實驗,他在比薩斜塔上扔下的鐵球(後來經過嚴謹的證明,伽利略並沒有來比薩斜塔上進行實驗),不僅證明了不同重量的物體由同一高度下落時速度是相同的,更重要的是,這個大膽的結論推翻了亞裏士多德的權威結論。在那些思想保守、頭腦僵化的人眼裏,這個舉動無異于挖了他們的祖墳,亞裏士多德的信徒們與伽利略開始勢不兩立了。在比薩大學呆了一個學期,伽利略又失去了職位。

原因是他得罪了一個大公爵的親戚喬範尼。這個喬範尼是個不學無術的人,他聲稱發明了一台挖泥船,假惺惺地跑來征求伽利略的意見。當伽利略仔細觀察了挖泥船的模型後,直言不諱地告訴他,設計不合科學原理,根本不能使用。喬範尼碰了一鼻子灰,不但不接受伽利略的意見,反而固執地堅持下水實驗,結果船沉了。事實證明伽利略的判斷是完全正確的,但惱怒的喬範尼反而遷怒于伽利略,散布流言蜚語,攻擊他是“陰險的人”。那些早就心懷不滿的亞裏士多德的信徒,乘機對他大肆攻擊,一時間鬧得滿城風雨。在這種氣氛中,伽利略無法在比薩大學呆下去了。

伽利略再一次求助于蓋特保圖侯爵。這位珍惜人才的貴族再一次伸出友誼的手,他運用自己的影響,把伽利略推薦給帕多瓦大學,帕多瓦是義大利北部一個學術空氣濃厚的小城,距離美麗的海濱城市威尼斯不遠,屬于威尼斯共和國管轄。1592年,28歲的伽利略被任命為帕多瓦大學的數學、科學和天文學教授。

黃金時代

從此,伽利略迎來了一生中的黃金時代。

之後, 伽利略在翡冷翠的宮廷裏繼續進行科學研究,但是他的天文學發現以及他的天文學著作明顯的體現出了哥白尼日心說的觀點。因此,伽利略開始受到教會的註意。1616年開始,伽利略開始受到羅馬宗教裁判所長達二十多年的殘酷迫害。

伽利略的晚年生活非常悲慘,照料他的女兒賽麗斯特竟然先于他離開人世。失去愛女的過分悲傷,使伽利略雙目失明。即使在這樣的條件下,他依然沒有放棄自己的科學研究工作。

1642年1月8日,凌晨4時,為科學、為真理奮鬥一生的戰士,科學巨人——伽利略離開了人世,享年78歲。在他離開人世的前夕,他還重復著這樣一句話:“追求科學需要特殊的勇氣。”

人物遭遇

1615年冬季的一天,天氣寒冷異常,天空籠罩著陰沉的烏雲,伽利略孤身一人來到羅馬。5年前的1610年,伽利略告別了帕多瓦大學,回到翡冷翠,擔任了托斯坎尼公國的宮廷數學家和哲學家,兼任比薩大學的數學教授。也就在這年,他曾經訪問過羅馬,受到熱情的接待和規格很高的禮遇。他在天文學上一系列新發現和望遠鏡的發明,受到羅馬教皇保羅五世的重視,羅馬的貴族和科學家也以結識他而感到榮耀。可是,僅僅事隔5年,羅馬的臉孔完全變了,沒有鮮花和笑臉,到處是冷漠的沒有表情的面孔,連熟悉的人也像躲避瘟疫似地離他遠遠的。

發生了什麽事情?原來這一次,伽利略的名字上了羅馬宗教裁判所的黑名單,他是被臭名昭著的宗教裁判所傳訊到羅馬來接受對他的審訊的。

伽利略犯了什麽罪呢?這話要從頭說起。

15、16世紀的歐洲,正是封建社會向資本主義社會轉變的關鍵時期。長期以來,為了鞏固封建統治的秩序,神權統治的歐洲,用神學代替了科學,用野蠻代替了自由。神學家們荒誕地宣稱,宇宙是一個充滿“各種等級的天使和一個套著的水晶球”,而靜止不動的地球就居于這些水晶球的中心。他們推崇古希臘天文學家托勒密的“地球是宇宙中心”的學說,因為在神學家看來,太陽是圍繞地球運轉的,因為上帝創造太陽的目的,就是要照亮地球,施恩于人類。這是永恆不變、顛撲不破的真理。

為了維護這個荒謬的理論,天主教會的宗教裁判所不惜用恐怖的暴力對付一切敢于提出抗告的人們。1327年,義大利天文學家採科·達斯科裏活活被燒死,他的罪名隻不過說了地球是球狀,在另一個半球上也有人類居住,卻慘遭迫害。1600年2月17日,義大利哲學家布魯諾,在羅馬百花廣場被活活燒死,也是因為他到處宣傳了哥白尼的學說,動搖了地球中心說。

伽利略是布魯諾的同時代人,早在帕多瓦大學執教時,他就讀過哥白尼的著作《試論天球運行的假說》(又名:<<天球運行論>>)。這位傑出的波蘭天文學家在這本書中大膽地提出太陽是太陽系的中心,地球和其他行星都圍繞著太陽運轉的理論,即太陽中心說,一開始就引起伽利略的極大興趣。但是伽利略是個科學態度十分嚴肅的學者,他想,過去都說是太陽圍著地球運轉,哥白尼卻提出相反的看法,到底哪一個正確呢?伽利略沒有輕率地下結論,他決定用自己的望遠鏡來證實誰是誰非。

當伽利略的著作《星際使者》出版時,他已是一個哥白尼學說堅定的支持者了。伽利略通過自己的觀測和研究,逐漸認識到哥白尼的學說是正確的,而托勒密的地球中心說是錯誤的,亞裏士多德的許多觀點也是站不住腳的。伽利略不僅發表了批駁亞裏士多德的論文,還通過書信毫不掩飾地支持哥白尼的學說,甚至把信件的副本直接寄給羅馬教會。在伽利略看來,科學家的良心就是追隨真理。

但是,羅馬教廷是決不會放過伽利略的,他們先是對伽利略發出措辭嚴厲的警告,繼而把他召到羅馬進行審訊。1616年2月,宗教裁判所宣布,不許伽利略再宣傳哥白尼的學說,無論是講課或寫作,都不得再把哥白尼學說說成是真理。

伽利略不會忘記,16年前布魯諾就是被這些披著黑色道袍、道貌岸然的上帝的衛道士活活燒死的。他如果敢于反抗,下場絕不會比布魯諾更好。

在教會的威脅下,伽利略被迫作了放棄哥白尼學說的聲明。他懷著極其痛苦的心情回到翡冷翠,在沉默中度過了好些年。

但是伽利略的內心深處並沒有放棄哥白尼學說,相反,繼續不斷的觀測和深入研究,使他更加堅信哥白尼學說是完全正確的科學理論。在翡冷翠郊外的錫尼別墅裏,伽利略過著與世隔絕的生活,他的身體大不如前,病魔在殘酷地折磨他,但是他依然念念不忘宣傳哥白尼的學說。經過長久的醞釀構思,用了差不多5年時間,一部偉大的著作《關于兩種世界體系的對話》終于誕生了。

《關于兩種世界體系的對話》表面上是以三個人對話的形式,客觀地討論托勒密的地心說與哥白尼的日心說,對誰是誰非進行沒有偏見的探討。但是當這本書好不容易在1632年2月出版時,細心的讀者不難看出,這本書以充分的論據和大量無可爭辯的事實,有力地批判了亞裏士多德和托勒密的錯誤理論,科學地論證哥白尼的日心說,宣告了宗教神學的徹底破產。

很快,嗅覺比獵狗還靈的教會嗅出了這本書包含的可怕思想,從字裏行間流露出來的大膽結論使神學家們感到極大恐慌。那些早就對伽利略心懷不滿的學術騙子立即和教會勾結,羅織罪名,陰謀策劃,為迫害伽利略大造輿論。

科學和神學不可調和的鬥爭爆發了。1632年8月,羅馬宗教裁判所下令禁止這本書出售,並且由羅馬教皇指名組織一個專門委員會對這本書進行審查。伽利略預感到大禍臨頭,果然,到了10月,他接到了宗教裁判所要他去羅馬接受審訊的一紙公文。

這時候的伽利略已是69歲的老人,病魔纏身,行動不便,許多關心他的人到處為他說情,但是羅馬教皇惱怒地說:“除非證明他不能行動,否則在必要時就給他帶上手銬押來羅馬!”

就這樣,1633年初,伽利略抱病來到羅馬。他一到羅馬便失去自由,關進了宗教裁判所的牢獄,並且不準任何人和他接觸。

人類歷史上一次駭人聽聞的迫害就這樣開始了。在羅馬宗教裁判所充滿血腥和恐怖的法庭上,真理遭到謬誤的否決,科學受到神權的審判。那些滿臉殺機的教會法官們,用火刑威脅伽利略放棄自己的信仰,否則他們就要對他處以極刑。

年邁多病的伽利略絕望了,他知道,真理是不可能用暴力撲滅的。盡管他可以聲明放棄哥白尼學說,但是宇宙天體之間的秩序是誰也無法變更的。

在審訊和刑法的折磨下,伽利略被迫在法庭上當眾表示懺悔,同意放棄哥白尼學說,並且在判決書上簽了字。

“為了處分你這樣嚴重而有害的錯誤與罪過,以及為了你今後更加審慎和給他人做個榜樣和警告,”穿著黑袍的主審法官當眾宣讀了對伽利略的判決書,“我們宣布用公開的命令禁止伽利略的《關于兩種世界體系的對話》一書;判處暫時正式把你關入監獄內,根據我們的意見,以及使你得救的懺悔,在三年內每周讀七個懺悔的聖歌……”

伽利略的晚年是非常悲慘的。這位開拓了人類的眼界,揭開了宇宙秘密的科學家,1637年雙目完全失明,陷入無邊的黑暗之中。他唯一的親人——小女兒瑪俐亞先他離開人間,這給他的打擊是很大的。但是,即使這樣,伽利略仍舊沒有失去探索真理的勇氣。1638年,他的一部《關于兩門新科學的討論》在朋友幫助下得以在荷蘭出版,這本書是伽利略長期對物理學研究的系統總結,也是現代物理的第一部偉大著作。後來,宗教裁判所對他的監視有所放寬,他的幾個學生,其中包括著名物理學家、大氣壓力的發現者托裏拆利來到老人身邊,照料他,同時也是向他請教。他們又可以愉快地在一起討論科學發明了。

1642年1月8日,78歲的伽利略停止了呼吸。但是他畢生捍衛的真理卻與世長存。具有諷刺意味的是,300多年後的今天,1979年11月,在世界主教會議上,羅馬教皇提出重新審理“伽利略案件”。為此,世界著名科學家組成了一個審查委員會,負責重新審理這一冤案。其實,哪裏還用得著審理什麽呢?宇宙飛船在太空飛行,人類的足印深深地留在月球的表面,人造衛星的上天,宇宙測探器飛出太陽系發回的電波……所有這些現代科學技術的進步,人類將永遠記住伽利略這個光輝奪目的名字。

科學發現

古希臘在物理學說方面有兩大學派,一派以哲學家亞裏士多德為代表,另一派則以自然科學家阿基米德為代表。兩人皆是古代希臘蓍名的學者,但由于兩人的觀點和方法不同,其科學結論也就各異,並形成了鮮明的對立。亞裏士多德學派的觀點基本是唯心的,他是憑主觀思考和純推理方法作結論的,所以是充斥著謬誤。而阿基米德學派的觀點基本是唯物的,他完全依靠靠科學實踐方法得出結論。

然而從11世紀起,在基督教會的扶持下,亞裏士多德的著作得到了經院哲學家的重視,他們排斥阿基米德的物理學,把亞裏士多德的物理學奉為經典,凡違反亞裏士多德物理學的學者均被視為“異端邪說”。但伽利略卻對亞裏士多德的物理學抱懷疑態度,相反他特別重視對阿基米德物理學的研究,他重視理論聯系實際,註意觀察各種自然現象,思考各種問題。在伽俐略十八歲那年,一次到比薩教堂去做禮拜,他註意到教堂裏懸掛的那些長明燈被風吹得一左一右有規律地擺動,他按自己脈搏的跳動來計時,發現它們往復運動的時間總是相等的。就這樣他發現了擺的等時性,後來荷蘭物理學家惠更斯根據這個原理製成掛擺時鍾,人們稱之為"伽利略鍾"。

伽利略根據阿基米德的學說,作了迅速確定合金成分的流體靜力天平的研究,發明了可以測定物質密度的"小天平",寫出了名為《小天平》的論文。後來他又潛心研究了物體重心的幾何學,于1588年發表了《固體的重心》的論文,引起學術界的註意。第二年,在友人的推薦下,被比薩大學聘任為數學教授。

亞裏士多德認為兩個物體以同一高度落下,重的比輕的先著地,但伽利略經過反復的研究與實驗後,改寫了這一結論:物體下落的快慢與重量無關。傳說1590年,伽利略在比薩斜塔公開做了落體實驗,驗證了亞裏士多德的說法是錯誤的,使統治人們思想長達2000多年的亞裏士多德的學說第一次發生動搖。而應邀前來觀看的一些著名學者卻否認自己親眼見到的一切,他們群起攻擊伽利略。後來此傳說被證明是不存在的。不過因為其進步思想有違神學之論,1591年,伽利略被比薩解聘。

從科學史上看,伽利略並不是落體實驗的首創者,其首創者是比利時的斯台文。但伽利略的比薩斜塔實驗所造成的影響卻是更為深遠的。

1586年---《天平》

1587年---《小天平》

1588年---《固體的重心》

1610年---《星空信使》

1615年---《關于兩種世界體系的對話》

1640年---《關于兩門新科學的談話和數學證明》

研究方法

伽利略對物理規律的論證非常嚴格。他創立了對物理理象進行實驗研究並把實驗的方法與數學方法、邏輯論證相結合的科學研究方法。例如,為了說明慣性,他曾設計一個無摩擦的理想實驗:在一定點O懸掛一單擺,將擺球拉到離豎直位置一定距離的左側A點,釋放小球,小球將擺到豎直位置的右側B點,此時A點與B點處于同一高度。若在O的正下方C用釘子改變單擺的運動路線,小球將擺到與A、B兩點同樣高度的D。伽利略指出,對于斜面會得出同樣的結論。他將兩個斜面對接起來,讓小球沿一個斜面從靜止滾下,小球將滾上另一斜面。如果無摩擦,小球將上升到原來的高度。他推論說,如果減小第二個斜面的傾角,小球在這個斜面達到原來的高度就要通過更長的距離。然後使第二個斜面的傾角越來越小,小球將會滾得越來越遠。如果第二個斜面改成水準面,小球就永遠達不到原來的高度,而要沿水準面以恆定速度持續運動下去。伽利略設計的實驗雖是想象中的,但卻是建立在可靠的事實的基礎上。把研究的事物理想化,就可以更加突出事物的主要特征,化繁為簡,容易于認識其規律。伽利略的這一自然科學新方法,有力地促進物理學的發展,他因此被譽為是“經典物理學的奠基人”。

科學地位

伽利略的科學發現,不僅在物理學史上而且在整個科學中上都佔有極其重要的地位。他不僅糾正了統治歐洲近兩千年的亞裏士多德的錯誤觀點,更創立了研究自然科學的新方法。伽利略在總結自己的科學研究方法時說過,“這是第一次為新的方法開啟了大門,這種將帶來大量奇妙成果的新方法,在未來的年代裏,會博得許多人的重視。”

後來,惠更斯繼續了伽利略的研究工作,他導出了單擺的周期公式和向心加速度的數學表達式。牛頓再系統地總結了伽利略、惠更斯等人的工作後,得到了萬有引力定律和牛頓運動三定律。伽利略留給後人的精神財富是寶貴的。愛因斯坦曾這樣評價:“伽利略的發現,以及他所用的科學推理方法,是人類思想史上最偉大的成就之一,而且標志著物理學的真正的開端!”

為了紀念伽利略的功績,人們把木衛一、木衛二、木衛三和木衛四命名為伽利略衛星。

比薩斜塔實驗

關于伽利略的比薩斜塔實驗,傳說紛紜。有人說,他這個落體實驗對亞裏士多德的理論是致命一擊,由此批駁了亞裏士多德的落體速度與重量成正比的說法,得出落體加速度與其重量無關的科學結論;有人說,他用大小相同而重量不等的兩個球,得到同時落地的結果;甚至有人說他是用炮彈和槍彈做實驗的。有人則過分宣揚伽利略的落體實驗,說他是第一個做落體實驗的人。

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