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第7節(jié) 與自然科學(xué)結(jié)下不解之緣的伽利略

伽利略1564年生于意大利的比薩城。

其父是一位音樂家,多才多藝,還精通數(shù)學(xué)和文學(xué)。伽利略12歲進(jìn)洛姆博羅莎經(jīng)院學(xué)校讀書,17歲進(jìn)比薩大學(xué)學(xué)醫(yī)。他從小聰明好學(xué),才智過人,具有極強的獨立精神,遇事好尋根問底,并養(yǎng)成觀察、思考和親自實驗操作的習(xí)慣,從不迷信權(quán)威和盲從他人。他才華橫溢,能言善辯,鋒芒畢露,在比薩大學(xué)獲“辯論家”

綽號。這些品質(zhì),為他以后取得卓越科學(xué)成果創(chuàng)造了條件,同時也為他遭受經(jīng)院派教授的憎恨、教廷的迫害埋下了禍根。

伽利略去比薩學(xué)醫(yī)是父親的意愿。因為當(dāng)時一位醫(yī)生的工資是一位數(shù)學(xué)家的30倍?墒敲\卻自有安排。一次偶然的機會,伽利略聽了一堂幾何課,幾何學(xué)的邏輯性深深地吸引了這位年輕人。從此一發(fā)不可收,使他走上了數(shù)理科學(xué)研究的荊棘之道,既創(chuàng)造了偉大,也帶來了災(zāi)難,使他一生不僅與自然科學(xué)結(jié)下了不解之緣,同時也與社會的保守勢力斗爭不息。

大學(xué)期間,由于對數(shù)學(xué)、物理學(xué)感興趣,他名為醫(yī)學(xué)生,實為數(shù)理迷,經(jīng)常在醫(yī)學(xué)課堂上暗讀歐幾里得的《幾何學(xué)原本》和阿基米德的著作,回到家中就獨自擺弄圖形和物塊等玩意做實驗。他的這種“不軌行為”引起了教授們的不滿,結(jié)果他學(xué)醫(yī)3年,在教授們的反對下沒有得到文憑而被迫退學(xué)。就在這3年中,他領(lǐng)悟了歐、阿兩氏的思想方法之精髓,重復(fù)了阿基米德的研究,進(jìn)行了實驗驗證,并在1583年從觀察教堂吊燈擺動到親自進(jìn)一步實驗研究,發(fā)現(xiàn)了“擺的等時性”。

1586年,他發(fā)表了關(guān)于測定固體比重的論文《液體比重秤》,引起了數(shù)理學(xué)術(shù)界的注意。由于比薩大學(xué)數(shù)學(xué)教授空缺,他被推薦為數(shù)學(xué)教授,但收入十分微薄。

伽利略這位年輕的教授,常常我行我素,不理睬校方教授要穿長袍禮服的規(guī)定,經(jīng)常穿便服出入校園,還寫詩批評穿長袍禮服的規(guī)定,結(jié)果經(jīng)常被罰款,成為同行反對和議論的對象。

不僅如此,他還冒天下之大不韙,散布批判亞里士多德論點的言論,聲言:發(fā)現(xiàn)真理的道路不是靠背誦亞里士多德的著作,而要通過學(xué)習(xí)大自然這本寶書。他公然發(fā)表與亞里士多德論點相反的言論:輕重物體從同一高度下落,其下落速度是相同的,并同時落地;力所引起的“不是物體的運動,而是運動的改變”。這便引起了亞里士多德的崇拜者的反對,連他的學(xué)生們由于受到蒙蔽也起哄反對他。在這種情況下,據(jù)說(無歷史考證)1590年,他做了一個轟動比薩城的實驗:將分別為10磅和1磅的鉛球從比薩斜塔的頂部同時拋下,“砰”的一聲,兩只鉛球同時落地。結(jié)果震驚了看熱鬧的人群,也使準(zhǔn)備看他笑話并反對他的經(jīng)院派教授們目瞪口呆。盡管事實勝于雄辯,但這更激怒了那些吃亞里士多德理論飯的人。1592年,伽利略被趕出了比薩大學(xué),被迫去了帕多瓦,在朋友的幫助下,當(dāng)上了帕多瓦大學(xué)的教授。

伽利略在比薩大學(xué)任教時寫下了《運動的對話》一文,并做了出色的實驗,提出了新的觀點,發(fā)現(xiàn)了“落體定律”,被具有新思想的科學(xué)家們譽為“當(dāng)代的亞里士多德”。這是他在科學(xué)研究道路上的青年期。

伽利略在帕多瓦的18年(1592~1610)是他科學(xué)生涯的形成期。在這一時期,他進(jìn)一步完善了有關(guān)動力學(xué)和運動學(xué)的研究,提出了“斜面定律”、“慣性定律”、“拋射定律”,以及相關(guān)的概念;還研究了光學(xué)問題,如光的顏色、光的本性,提出了光速恒定的觀點,設(shè)計了光速測定的實驗;此外他還研究了材料強度等問題。在儀器設(shè)備上,1593年他制造出了氣體溫度計。1608年,他得知荷蘭眼鏡商人制造了望遠(yuǎn)鏡,對此發(fā)生了極大興趣,經(jīng)過多方學(xué)習(xí)研究,于1609年制造出了放大率為1000倍、縮短距離為30倍的,由凸、凹透鏡組成的伽利略望遠(yuǎn)鏡。這為他進(jìn)行天文觀測增添了一件有力的武器,使他成果累累。同時也使他進(jìn)入了歷史的是非之地,引出了與羅馬教會的論戰(zhàn)和抗?fàn)帯?

伽利略堅信哥白尼的太陽中心說是正確的,在給開普勒的信中,他自稱是“哥白尼的信徒”。1604年,他觀察到巨蛇星座新星出現(xiàn)并在1年后消失,從而駁斥了亞里士多德學(xué)派“天體永遠(yuǎn)不變”的謬論。他利用他的望遠(yuǎn)鏡觀察到月球表面凸凹不平,太陽有黑子,木星有4顆衛(wèi)星,銀河系由無數(shù)的恒星組成,金星、水星也有盈虧現(xiàn)象等。1610年,他發(fā)表了《星際使者》一書,公布了上述新發(fā)現(xiàn),并宣告了天上的星星“繞太陽運行”以及地球自轉(zhuǎn)的觀察結(jié)果。1613年又出版了他的《關(guān)于太陽黑子通信集》的專著,直接批判了經(jīng)院派學(xué)者所宣揚的“太陽完美無缺”、“地球是宇宙中心”的托勒玫和亞里士多德的錯誤觀點,結(jié)果使羅馬教廷震怒。1615年,他受到宗教裁判所的傳訊和警告,裁判所宣布哥白尼學(xué)說為異端邪說,并命令伽利略停止宣傳哥白尼的學(xué)說。1623年,喜歡數(shù)理的馬伯利尼紅衣主教登上了新教皇的寶座。伽利略對其抱有幻想,于1630年發(fā)表《試驗者》論文又宣布了原來的觀點;1632年進(jìn)一步發(fā)表警世之作《關(guān)于兩大世界體系的對話》,即托勒玫和哥白尼體系的對話,直接生動而有力地宣揚了哥白尼的學(xué)說,批判了托勒玫的學(xué)說,被世人譽為近代天文學(xué)三大杰作之一(另兩大杰作為哥白尼的《天體運行論》和牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》)。伽利略的著作直接動搖了羅馬教廷賴以支撐的教義,引起教廷的驚恐。教皇下令沒收這本書,立即逮捕伽利略。1633年2月伽利略開始被審訊,此時他已69歲,病魔纏身。歷經(jīng)嚴(yán)刑拷打,已生命垂危的他,被迫在事先寫好的“認(rèn)罪書”上簽了字,并于同年4月12日被判為終身監(jiān)禁。據(jù)說,伽利略聽了宣判后喃喃地說:“無論如何,地球確實在運動啊!”

羅馬教廷對伽利略的摧殘和對真理的壓制,使意大利科學(xué)發(fā)展走入低谷,200余年中很少出現(xiàn)大物理學(xué)家。

伽利略生命的最后9年被囚禁于阿爾契特里郊外的一所別墅里,不準(zhǔn)再進(jìn)行科學(xué)研究活動。此時他雙目失明,百病纏身,只有他的學(xué)生托里拆利和維維安尼陪伴他。就在這樣的困境下,他口述和總結(jié)了他的物理學(xué)的科研成果《關(guān)于兩門新科學(xué)(動力學(xué)和局部運動學(xué))的談話與數(shù)學(xué)證明》。此書不僅總結(jié)了他以前的研究成果,而且形成了嚴(yán)密的科學(xué)體系,表達(dá)嚴(yán)謹(jǐn),論證嚴(yán)密,數(shù)學(xué)表述準(zhǔn)確,使實驗結(jié)果、邏輯表達(dá)和數(shù)學(xué)推證渾然一體。這本書為近代物理學(xué)的發(fā)展開創(chuàng)了新紀(jì)元。此書1636年完成,被秘密送往荷蘭發(fā)表,于1638年面世。伽利略在1610年離開帕多瓦后所完成的《關(guān)于兩大世界體系的對話》和《兩門新科學(xué)的談話》兩本書標(biāo)志著他的科學(xué)思想和科學(xué)研究走向了成熟階段。他為后人留下了寶貴的遺產(chǎn),而這位科學(xué)史上的“巨人”卻在滿目凄涼、貧病交加中于1642年1月8日默默地與世長辭,終年78歲。臨終時,他懷抱著《兩門新科學(xué)的談話》

這本飽含自己一生心血的書,用模糊不清的聲音說:“我認(rèn)為這是我一切著作中最有價值的,因為它是我極端痛苦的果實。”

愛因斯坦和英費爾德在《物理學(xué)進(jìn)化》中評論說:“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一,而且是標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端!比绻f,開普勒發(fā)現(xiàn)了天上行星運行的三定律的話,那么伽利略發(fā)現(xiàn)了地上物體運動的三定律:自由落體定律、慣性定律和拋體運動定律。與這三定律相聯(lián)系的還有勻速運動、勻加速運動、瞬時速度、加速度等概念和運動獨立性原理、相對性原理、疊加性原理,以及運動的分解、合成和平行四邊形法則等。

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