伽利略·伽利莱

意大利物理学家、数学家、天文学家、工程师

伽利略·伽利莱 ( Galileo Galilei,1564.2.15-1642.1.8), 意大利 物理学家、数学家、天文学家、工程师、 近代自然科学 创始人。其成长于 比萨 ,在 帕多瓦大学 从事教职并取得科学成就,后因研究成果与当时的社会权威思想相悖,被 罗马教廷 判处终身监禁。1642年病逝于 佛罗伦萨 郊外别墅。

伽利略 研究了速度和 速率 、重力和 自由落体 、相对论原理 、 惯性 定律 、弹丸运动规律 ,描述了钟摆 和 " 流体静力平衡 "的特性, 发明了初期温度计 和各种 军用指南针 ,还从事 应用科学 和技术工作 。他改进 望远镜 并观测到 木星 的四颗最大 卫星 和 土星环 ,确认了 金星 相位 变化 ,推理了 月球陨石坑 和 太阳黑子 。1611年到 罗马 并担任林嗣科学院的院士。 1616 年因为与圣经矛盾,罗马宗教裁判所调查认定 尼古拉·哥白尼 的 日心说 是愚蠢、荒谬和异端的。 伽利略 后来在《 关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话 》( 1632年 )中捍卫了他的观点,该对话被曲解攻击 教皇 乌尔班八世 ,造成伽利略和教会的疏远,最终导致被 宗教裁判 所以宗教异端的名义所审判,被被迫放弃信仰,在软禁中度过了余生。在此期间,他撰写主要涉及 运动学 和材料强度的总结性著作《 关于两门新科学的对话 》(Two New Sciences,1638 ),被称为科学发展史的基石之作。 伽利略 的发现和著作动摇了当时的 神学 理论基础“ 地心说 ”,向世人展示了全新的宇宙观,让宗教神学走下神坛。

伽利略融会贯通数学、物理学和天文学三门知识,利用数学加入理性分析并用试验验证的科学思维和方法,开创了全新的近代科学,为后世的牛顿力学、天文观测和科学试验等许多分支发展奠定了基础。 被称为“ 近代自然科学 之父”、 “现代物理学之父”、“观测天文学之父”、“科学方法之父”。

人物生平

第一比萨时期

正值 文艺复兴 的鼎盛时期的 1564年2月15日, 伽利略·伽利莱 出生在 比萨 。此时科学已经兴起而 神学 全面统治人们的思想。 伽利略 的父亲温琴佐·伽利莱(Vincenzo Galilei)是个精通数学的音乐家,崇尚真理不 迷信 权威,在 意大利 颇有 开明 的名声。 温琴佐·伽利莱以祖上最有名望的名字为伽利略命名,期待他能重振贵族荣耀。伽利略的母亲茱莉亚·安曼娜蒂(Giulia Ammannati)出身贵族,家中从事羊毛服装生意,受过教育但幽怨易怒。 这个家庭一共有7个孩子,温琴佐的音乐才能不能承担家庭的花销,所以他兼职做羊毛生意维持生计,但没有放弃音乐追求。 伽利略 很小的时候,就开始替自己设计和试做一些小玩具,然后装上 转盘 和滑轮,他的弟妹们经常争着要这些小玩意,甚至他父亲也称赞他心灵手巧。1574年,10岁的伽利略跟全家搬到了 佛罗伦萨 。

第一佛罗伦萨时期

皆为天主教徒的父母把伽利略送进 瓦隆布罗萨 (Vallambroso)的卡马多莱斯修道院(Camaldolese monastery)学习。主要课程是宗教的教义,还教一些以 亚里士多德 为代表的先贤著述。聪明勤奋、酷爱读书的 伽利略 很快就赢得了 修道院 老师的喜爱。 这个时期的教育让伽利略一生都对 神学 保持着敬畏的态度。

温琴佐让志愿成为修道士的伽利略去学医学,因为医生可以补贴家用还有可能重振家族辉煌,于是伽利略在1580年9月 去了 比萨大学 攻读医学。他很快发现自己不是学医的料,但对数学产生了浓厚的兴趣,受到了奥斯蒂洛·利奇教授的赞许和教导。在与父亲沟通后转为数学本科,具有反叛精神的 伽利略 以喜欢反驳 亚里士多德 部分未经实践 验证理论 而出名。 被称为“辩论家”。 这期间,伽利略到 比萨大教堂 去做弥撒的时候,发现穹顶中央的吊灯,随风摆动,不管摆幅多大,吊灯往返的时间是一样的。他反复试验得出结论,摆锤摆动一次所需的时间,与摆绳长度的平方根成正比,这就是摆的周期定律。这次发现揭开了人类时间测量史的新纪元。 发明具有简单记录时间的“脉搏计”,在当时医学行业中很受欢迎。

温琴佐看到儿子研究项目基本不能为家里带来收入,中断了对 伽利略 学费的资助,1585年伽利略在没有获得文凭的情况下离开了 比萨大学 。 去到父亲商店里当了伙计,还兼职家教为家里带来力所能及的帮助。但伽利略没有放弃对数学和物理的研究还写就一本书,名为《小天平》,除了详细地叙述了他做的一些实验外,还特别讲了 阿基米德 的故事。根据阿基米德的《 浮力 论》 伽利略 制作了一种测定金属比重的仪器,他把它命名为“ 浮力天平 ”。一系列的研究成果让伽利略小有名气。

第二比萨时期

中世纪的欧洲学者大多数从事 神学 或者需教会资助,着就有赖于富人或贵族的推荐和支持。因此,伽利略拿着一些学者或者教士举荐信,奔走于 佛罗伦萨 的贵族和豪门之间,效果不佳。 其中只有德蒙特侯爵表示愿意帮助 伽利略 ,但未成功。 经过思考后,伽利略在1587年开始并完成了他的第一次 罗马 之行。 行程中伽利略走访学者、拜见权威、结交同行,眼界大开。

回到 佛罗伦萨足球俱乐部 两年后, 利奇 教授去世。经德蒙特侯爵向 托斯卡纳 最高统治者杜斯干大公推荐,加之又有几位学者赞赏,伽利略在1589年夏天重返 比萨大学 出任数学教授。 比萨大学是旧传统的堡垒,对 亚里士多德 深信不疑。向传统挑战的 伽利略 遭到了众多老师的排挤,这时候他还发表了拒穿学校规定 长袍 的 打油诗 ,遭到了校方的罚款。为证明科学的正确性,伽利略对物理学进行了深入研究,并演示了闻名遐迩的 比萨斜塔 落体试验。 同时落地的落体试验打破了一千年来亚里士多德关于重量大的物体比重量小的物体下落快的权威理论。 比萨斜塔也成了近代实验科学的象征。

比萨斜塔实验提升名气的同时也为自己树立了更多的敌人,尤其是 托斯卡纳 大公同父异母的兄弟乔凡尼因为 伽利略 当面揭短“挖泥船”而怀恨在心。比萨当局以伽利略行为不配担任教职辞退了他,以取悦 比萨大学 最大的资助人。 1591年 冬季71岁的温琴佐去世。 唯一的好消息是伽利略虽然被解职,但也赢得了不少有名望的科学家们的注意,关键时刻又是德蒙特侯爵运用自己的影响力,向 帕多瓦大学 举荐并在1592年聘用伽利略为该校的数学教授。

帕多瓦大学时期

威尼斯人信奉 天主教 ,但是并不受罗马教皇约束,自由开放的氛围成为学术界人士的乐园。各级官员等都喜爱培植艺术与科学人才。伽利略很快融入了帕多瓦大学, 结识了德蒙特侯爵好友皮内利,皮内利是文艺复兴的积极参与者,还拥有16世纪 欧洲 最大的图书馆。伽利略暂住在皮内利家时遍览群书,参加各种宴会沙龙进入了上流社交圈。好友萨格尔多、萨维阿提还成了后期著作的出场角色。 还认识了神学家贝拉明主教和巴贝里尼主教,巴贝里尼主教在讨论天文学时曾向伽利略说过“《圣经》告诉我们如何升天堂,却没有说天上是怎么回事。”名声的提升让更多的学生来向伽利略学习,他索性办了一所寄宿学校。这个时期伽利略和玛丽娜·迪安德烈·甘巴(Marina di Andrea Gamba)恋爱并同居。

伽利略讲授的内容非常新颖,很多学生不一定对数学感兴趣,但都愿意听他讲述他对数学、物理和天文学的新见解。 课余的时候,伽利略还给城里驻军的机械师讲解军事工程课,并推导出炮弹的轨迹应该是一条 抛物线 ,推翻了 亚里士多德 的直线理论,还发明了可以将地图精确地放大和缩小的几何军用圆规。经过多次试验,伽利略发现了斜面运动的规律,即圆球滚下的距离,与所用时间的平方成正比, 自由落体 则是斜面运动的一个特例。成为第一个用数学关系描述自由落体运动的科学家,也是第一个提出加速度概念的人。研究发明不仅为伽利略带来了收入,还让他声望日隆。 聘任到期校方决定延聘六年。 经朋友推荐,伽利略给 托斯卡纳 大公的儿子科西莫王子教授数学,这段缘分让伽利略后期受益匪浅。

伽利略对天文学产生了浓厚的兴趣并对哥白尼佩服之至,1600年因布鲁诺支持并传播哥白尼学说被以异教徒的名义烧死在 罗马 的鲜花广场,对伽利略心里造成了阴影。此时年轻的 约翰尼斯·开普勒 发表《神秘的宇宙》公开支持哥白尼的“ 日心说 ”,伽利略写信表示赞扬,但未公开支持,两人一直没有见过面,但书信往来持续一生。

1604年的秋夜,天空中出现了一颗特别明亮的星。在此之前,世人都相信,自从世界被“创造”以来,星辰的数目是不会改变的。《圣经》或 亚里士多德 的学说告诉世人, 宇宙 里面绝不会有新星的位置。因此这一奇观被人们竞相讨论。伽利略也为此发表了三次演说,来说明旧有说法有误,神学代表们也奋起反击。 五年后,科西莫王子继承 托斯卡纳 大公爵位,伽利略表达了想回故土的期望,但未被接纳。

1609年,伽利略得知荷兰 米德尔堡 的一个光学技师利帕希(Hans Lippershey)发明了望远镜并于1608年申请了专利,也有意见认为他是从其他眼睛制造师处窃取了设计。 他学习并改进了望远镜使它的观测距离可达到肉眼能见的20倍之远。8月在 威尼斯共和国 圣马可大教堂的钟楼顶层他向参议院达官显贵们演示望远镜如何看见远方的船只,而用裸眼需要两个小时之后才能辨认出来的奇特景观。威尼斯执政官多纳托(Leonardo Donato)立刻授权将望远镜用于海军,还授予伽利略一份讲师的终身工作并付双倍薪水。 工作的忙碌和门第的观念使伽利略不想结婚,可这让玛丽娜失望至极,她主动结束了12年的共同生活。两人商议后决定送两个女儿回 佛罗伦萨 ,儿子跟随玛丽娜,伽利略支付 抚养费 。

了无牵挂的伽利略投入全部热情研发出了能放大30倍的望远镜,并用它观测星空。 他用望远镜先在猎户星座附近,发现许多从未有人知道的80多颗小星;再发现月球不是 亚里士多德 描述的光滑的球体,而是凸凹不平的,就像地球上的起伏山峦一样,有环形山脉,还有裂纹并推算出月亮上有的山峰高达6千米;后观测得知月球不是一个发光体,而是在 太阳 的照射下发亮的,并且把太阳光反射给 地球 。

1610年1月,伽利略通过观测确认木星周围存在四颗绕行卫星。具体观测过程为:1月7日,伽利略使用自制的20倍望远镜观测木星时,首次发现其附近有三个光点(后被确认为卫星);经过连续多日观测,于1月11日观测到第四个光点。这就可以说明并不是所有的 天体 都围绕着地球运动。他把这四颗卫星命名为“美第奇星群”以纪念逝去的 佛罗伦萨 大公。 此项发现促使他写了《星空信使》(The Starry Messen-ger) 并进一步证明了 尼古拉·哥白尼 的学说,但更多的人因为教会的压力保持了沉默。 在佛罗伦萨首相万塔的帮助下,伽利略被任命他为佛罗伦萨宫廷数学和哲学教授,并兼任比萨大学教授。后者实际是个荣誉职务,这样就可以有时间继续他的科学调查研究,以增进宫廷和城邦国家的光荣和利益。

第二佛罗伦萨时期

1610年9月,伽利略意气风发重返 佛罗伦萨 。在 帕多瓦大学 的最后时光发现了 土星 星环但未能明白个中原因。回到 佛罗伦萨 后约一个月发现 金星 有可以媲美月亮的盈亏周期,有力证明了 尼古拉·哥白尼 的“ 日心说 ”,这一发现产生了深远而重大的效果,它导致了这位 天文学 家与 天主教 的核心信仰及教义的正面冲突。

一年后,伽利略应邀访问了 罗马 ,在受到各界名流的款待的同时想获得 罗马教廷 对于他研究项目的认可。因为他认为科学与信仰是截然不同的两回事。 教皇 保禄五世 时接见了他,不隆重的场面说明了态度。4月14日,林赛学院 为伽利略举行了隆重的欢迎 宴会 并宣布他为林赛学院会员,还集体为设备命名“望远镜”。 在使用望远镜时人们对远处教堂文字的兴趣大于 木星 的关注,这让伽利略倍感失落。 罗马天主教学院的贝拉明院长提醒伽利略:“最好把 尼古拉·哥白尼 的学说视为未经证明的假说,而不能宣布它是真理。”

伽利略在二个月后返回 佛罗伦萨 ,他从望远镜里看见 太阳 表面上有暗黑的斑点,即 太阳黑子 。根据观测发现这些黑子的位置的变化,可能是因为 太阳 自身在转的缘故。同时间 德国 的 耶稣会 教士萨依纳也从望远镜中发现了太阳黑子,但他是铁杆 亚里士多德 派,他坚信太阳绝不会有污点,还出了一本书加以佐证。伽利略看到后写了《关于 太阳 黑子的信札》予以反驳,并提出太阳也是在自转的观点。双方的论战最终演变成了挑战宗教权威的事件,1614年冬一位新来的神父,在圣坛上把伽利略称作宗教最危险的敌人,并指责伽利略的科学活动是对宗教精神的背叛。伽利略备受打击一病不起。

在伽利略身体稍有好转后的1615年底去往 罗马 为自己辩解,这一次整个罗马冷冷清清,只有贝拉明主教和林赛学院的塞西侯爵等接待了他。他一个个拜访教会的权势人物表明自己是 虔诚 的 天主 教徒,不会违背主的意愿。得到的结论就是只有回避 尼古拉·哥白尼 的理论才能化险为夷。 罗马教廷 发布了“1616年敕令”正式确定 哥白尼 理论为异端邪说,相关书籍列入禁书,《关于太阳黑子的信札》得以幸免。但伽利略得到了 教皇 代理人婉转而又严厉的告诫:他无论演说或是写书,都不能把 哥白尼 的“ 日心说 ”说成是真理。在 教廷 的高压之下,伽利略只得表示屈服。 1616年5月,伽利略回到 佛罗伦萨足球俱乐部 。

三年的沉默直到1618年三颗 彗星 的出现,一位名叫奥拉齐奥·格拉西(Orazio Grassi)数学教授兼 耶稣会 教士匿名出版《1618年三位彗星的 天文学 之争》讨论了彗星的性质,认为这些彗星是一个炽热的物体,沿着一个大圆弧段与 地球 保持恒定的距离移动并且由于它在天空中的移动速度比月球慢,因此它必须更远比月亮更远。还出示了若干图表为证,因此能够证明“ 地心说 ”的正确性。伽利略以他人名义进行了反驳,受到了格拉西的 人身攻击 。恰巧这个时候一直庇护他的 科西莫 大公去世了,10岁的菲德兰王子继位,与 教廷 关系密切的菲德兰母亲 摄政 。鉴于此伽利略只得暂时停止公开论战的打算。

1623年10月,伽利略的《试金者》(Il saggiatore)在 罗马 出版,是作者沉默五年后对格拉西(Grassi)的回击,也是沉默八年后的公开言论。伽利略和格拉西的争论没有提供关于 彗星 性质的确定性理论,尽管他们确实提出了一些暂时的推测,但都猜错了(当时, 第谷·布拉赫 (Tycho Brahe)提出了研究彗星的正确方法)。但这场争论使许多原本同情伽利略的耶稣会士永久性地疏远了他。这时昔日好友巴贝里尼(Barberini) 主教 继位为新教皇 乌尔班八世 ,伽利略在翌年4月奔赴 罗马 希望一向 开明 的新教皇能解除 尼古拉·哥白尼 学说的禁令。六场谈话后 新教皇表示1616年的敕令不能取消,但答应伽利略可以写一本书,在书中只能以讨论的方式谈哥白尼学说,赞成与反对两种观点必须一起摆出来。并且最后不能得出“ 地球 绕着 太阳 转”的结论。

1630年伽利略的《 关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话 》(简称《对话》)(Dialogo sopra i due massimi systemi del mondo, tolemaico e copernicano)书稿完成。林赛学院塞西侯爵的突然去世使印刷搁浅。两年后,《对话》终于在 佛罗伦萨 付印,立时成为畅销书。 1632年 8月,突然从罗马传来禁令:必须停止《对话》的发行。10月要求伽利略到 罗马 受审。

罗马时期

在菲德兰大公的帮助下,68岁伽利略得以在原地养病。1633年2月,伽利略终于被押解到罗马。暂住在佛罗伦萨使馆梅迪奇别墅,两个月后转移到圣母马利亚教堂修道院。4月12日, 宗教裁判所 提审了伽利略,并在同一天拘捕了他。直到6月的两个月里,宗教裁判所连续不断地提审伽利略。审判的内容主要是确认伽利略的《对话》是否违反了1616年罗马宗教裁判所的禁令。《对话》列举了三项证据: 行星 的停止和逆行,以及它趋向和原理 地球 的运动;通过观测 太阳自转 以及 太阳黑子 了解到的东西; 海洋 潮汐 的涨落,还有他对 恒星 的精确观测推理出由于地球绕日运动而产生的相对于背景星的微小 视差 偏移,可以说正面驳斥了:地球在 宇宙 中心、每个行星围绕地球匀速运动等为代表的 克罗狄斯·托勒密 “ 日心说 ”。 有人挑拨说《对话》里傻瓜辛普利修斯代表是 教皇 ,震怒的教皇下令对伽利略采取“车轮式”审讯法,4小时换一次法官,不准他睡觉。 最终在6月22日,宣布了对伽利略的判决:持有以下观点: 太阳 静止不动地停留在宇宙中心; 地球 不在宇宙中心,而且是运动的;以及在某种意见已经被宣布为违背《圣经》以后,仍然有可能认为这种观点有充分根据并予以捍卫; 《对话》禁止流通;判处终身监禁,其间由本法庭另议;处分伽利略每周朗诵七篇悔悟赞美诗,期限为三年。《对话》被 宗教裁判所 正式宣布为禁书。69岁的伽利略不但违背良心放弃了真理,还发誓要做当局的耳目,为他们铲除他的忠实的朋友和支持者。 当伽利略站起来时,嘴里喃喃地自言自语道:“但是, 地球 仍然在转动啊!”还有一种说法,伽利略是仰头望着教堂穹顶说这句话的。

伽利略起初被关押在 罗马 附近的 锡耶纳 有半年时间。由于病情加重加上多方运作,在当年12月被允许回到 佛罗伦萨 。 条件是除去 修道院 做弥撒及看望女儿外,其他时间不许离开蕉耶里别墅,不得在住所接待朋友或聚会,不许举行任何科学讲演。未经允许不得去往佛罗伦萨城。

第三佛罗伦萨时期

1634年冬,最贴心的女儿和知音 弗吉尼亚 去世,年仅33岁,这让伽利略伤痛更添一份。但真理是封杀不住的,被 罗马 教廷 宣布为禁书的《对话》,已经被人译成拉丁文在 斯特拉斯堡 出版。不久后,又有英译本面世。 在身受囚禁的日子里,他用了三年时间整理自己一生的力学实验,最后写成一本《 关于两门 新科学 的对话 》(简称《新科学》)(Dialogues Concerning Two New Sciences)。1636年完稿的著作经过重重磨难终于二年后在荷兰莱顿出版。

垂暮 失明 的老人并没有让罗马教廷放松对他的监视,只有在伽利略病重时,才允许外人探望他。在这期间,来探望他的有菲德兰大公,还有 英国 诗人 约翰·弥尔顿 和 法国 哲学家 伽桑迪。1639年夏天,伽利略获准接受17岁的 埃里亚·维维亚尼 (Viviani)为他的最后一名学生,整理资料,做些记录,并可在身边照料他。1640年,伽利略的另外一个学生 埃万杰利斯塔·托里拆利 也来到蕉耶里别墅进行照料。1642年1月8日,伽利略 然去世,终年77岁。葬仪草率简陋,直到下一世纪,遗骨才被迁到家乡的大教堂。

主要成果

天文学 

伽利略是改进望远镜并用它观测 宇宙 的第一人。他发现望远镜倍率越大 恒星 越多,数量可观的恒星组成了 银河 ;月球并不是原来学说描绘的光滑的球体而是表面有山原起伏和陨石坑等;观测到 金星 的位相移动;发现 木星 有四个最大 卫星 。首次解释 太阳黑子 的移动是 太阳自转 的原因。这些发现有力的支持了 尼古拉·哥白尼 的“ 日心说 ”,开辟了天文学的新时代。伽利略的著作《星际信使》《关于太阳黑子的信札》《 关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话 》等著作还有相关演说对天文真相“日心说”的传播贡献甚大,被称为“观测 天文学 之父”。

物理学

对于物理学而言,伽利略是一个承上启下的集大成者,他是结合物理研究、数学探究、实验证明三位一体进行科学研究的科学家。 在 比萨大学 期间发现了摆的 等时性 定律,并为后来的计时 摆钟 提供了基础;在工作之余根据 杠杆原理 和 浮力 原理写了《小天平》;不久又写了《论运动》,第一次揭示了重力和重心的实质并给出准确的数学表达式。通过 比萨斜塔 试验验证了 自由落体 定律 ,通过斜面运动对重心、速度尤其是加速度提供了科学方向,以此为基础确定了 惯性定律 和 抛物线 理论、提出了 相对性原理 等。为后世的 艾萨克·牛顿 第一第二定律、爱因斯坦相对论等 经典力学 的发展做出了奠基性的贡献。 后期的《 关于两门新科学的对话 》不仅在力学上贡献巨大,在材料学上也思维超前,阐述了关于梁的弯曲试验和理论分析,正确地断定梁的抗弯能力和几何尺寸的力学相似关系。通过梁的强度实验, 讨论了重力作用下物体尺寸对于其材料强度的影响, 得出材料承载力与其横截面成正比而与其长度无关等规律。

数学

伽利略最早做为 意大利 的数学家名扬 亚平宁半岛 ,而其在物理学研究中利用了数学的方法使得科学的发现和发展有据可循。他在 自由落体 和斜面试验中得出的加速度和瞬时速度的概念;在望远镜制作中利用的 透镜 曲线的 切线 和 法线 的知识;在炮弹 抛物线 试验中涉及的函数最大最小值问题;在天体运行中运动曲线的长度、面积以及重心的确定,无一不为后期微积分的发展提供了有益的探索和借鉴。伽利略通过定量方法(定量和变量)、理想化环境、 数学模型 和理论化体系等,以及与试验相结合验证的科学方法,为近代 自然科学 开辟了新天地,被誉为“近代自然科学之父”。

工程学

伽利略早期发现了摆的周期定律,为后期计时 摆钟 提供了有益借鉴;利用浮力原理快速测定金银器皿首饰中金银含量比例的 浮力天平 当时已用于金银首饰器皿的交易中;设计开放式的液体温度计,玻璃管内盛有着色的水和 酒精 ,液面与大气相通。虽然设备简陋且准确率低,但从此有了客观温度 物理量 ,为后来的 水银温度计 铺平了道路;改进了 高倍望远镜 并取得大量研究成果,为 天文学 发展帮助很大;发明了 军用指南针 等军事部件被大量应用, 还对梁弯曲理论用于实践所应注意的问题进行了分析,指出工程结构的尺寸不能过大,因为会在自身重量作用下发生破坏,为后续的工程建设提供了科学方向。

代表著作

星际信使

《星际信使》是伽利略记录1609年到1611年之间观测报告,内容包括月球的各种观测情况和 木星卫星 的发现历程,推测出了长期以来为人们所探究的 银河 的真正成因。还指出月球并非光滑的球体,而是有许多凸起并证明月球是靠 地球 反射太阳光而发光的。 但局限于当时的思想和科研条件,伽利略对一些现象未能做出科学的论断,如月球边缘光滑和“月海”问题等。基于这些发现可以说已经可以证明当时主流思想理论的谬误,为旧有的天文学和 占星学 打开了一道裂缝。 同时只有几十页的小册子,让我们看到了科学家在追求真理的道路不畏错难,勇于挑战的精神,这也是这本科普著作四百年来流行至今的重要因素。

关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话

此作被称为科学元典,即科学发展的基石。 在《对话》一书中,伽利略采用三人四天的方式叙述,人物一位是伽利略的朋友萨维阿提,是 哥白尼 学说的代言人;另一位叫辛普里奇,相传为6世纪时 亚里士多德 著作的注释者,是 克罗狄斯·托勒密 宇宙观的卫护者;第三位叫萨格尔多,也是伽利略在 威尼斯共和国 的朋友,以公正人面貌出现(实际上是代表伽利略自己,对前面两个人的讨论做出判断)。第一天,萨维阿提引证 太阳黑子 、月球上的山脉等望远镜观察到的新发现,反驳了“天是不变的,永恒的”这一守旧的天文观点。第二天,讨论 地球 的自转,以及运动的 惯性 定律 、 相对性原理 ,批驳了地球不动的谬论。第三天,内容涉及地球的周年运动、 公转 。第四天,谈论 潮汐 现象,用反证的方式证明地球是运动的事实。 整部《对话》以充分的论据和大量无可争辩的事实,有力地批判了 亚里士多德 和 克罗狄斯·托勒密 的错误理论,科学地论证了 地动说 , 宣传了 哥白尼 学说,使宗教神学走下神坛。 阿尔伯特·爱因斯坦 评价道:他以非凡的文学才能,用极其鲜明生动的语言,向他那个时代受过教育的人进行宣传,克服他同时代人的 人类中心论 和神秘思想,并且引导他们恢复从客观的和因果关系的角度来看待 宇宙 。

关于两门新科学的对话

这本书被认为是伽利略最伟大的一部著作。“两门新科学”指的是力学和 运动学 ,这是伽利略对自己一生物理学研究成果的总结。 沿用第一部《对话》里的三个人物萨维阿提、辛普里奇和萨格尔多,萨维阿提依然那样机敏,辛普里奇还是那样愚蠢,萨格尔多照样不断发问。著作的前半部分是关于物质结构问题的 材料力学 ,后半部分是关于 物质运动规律 的 动力学 。主题是力是如何作用于物体使其能够呈现出其所存在的物质形态并能够引起其位置变化的。著作内容由“四天”两部分完成,“第一天”和“第二天”主要讨论的材料强度的问题,“第三天”和“第四天”主要讨论的物质位置的改变的问题,包括摆的研究、自由落体运动、力的合成,以及 牛顿 第一、二运动定律的基本思想。 著作利用的是“观察和假设、数学和实验相结合”的科学研究方法。 著作中还包含了力学、 热学 、光学、 声学 、数学、哲学等力学概念与常识及实验, 其中很多知识都为后来人的科学研究打开了大门, 奠定了近代物理学的基础。正是由于有这本书, 伽利略才被誉为“科学实验之父”“近代力学和现代科学的奠基者”“最早把物理与严格的数学结合的第一人”。

人物影响

伽利略是 神学 与科学并存时代的产儿。 他第一个在科学实验的基础上融会贯通了数学、物理学和 天文学 三门知识,扩大、加深并彻底改革了科学研究的方法以及在整个 宇宙 中认识 地球 的方式。 并推翻以 亚里士多德 为代表的,依靠主观思考和纯推理方法所做出的科学结论,开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。 他的研究为后世科学许多分支的发展奠定了基础。

相关争议

吊灯钟摆

温琴佐·维维亚尼 记载伽利略发现钟摆灵感是在1583年在教堂做弥撒的时候,但故事中的那盏灯是1587年才安装在 比萨大教堂 的。也有可能伽利略观察的是先前挂在同一位置的另一盏灯。然而,由于伽利略本人在1598年才第一次撰文说明钟摆摆动的 恒定性 ,而且没有任何记载能证明他发明过测量脉搏的仪器,大多数科学史学家都怀疑维维亚尼对伽利略智力超群的生动描述,认为这是当时 传记 中一种典型的虚构细节。

比萨斜塔落体试验

由于 比萨大学 和同时代的其他人都没有关于这次实验的记载, 代表人物 德国 学者沃尔维尔和 英国 科学史家巴特菲尔德对试验的真伪提出了质疑。最早关于伽利略在比萨斜塔做落体实验的记载,出自伽利略的学生 维维安尼 写的《 伽利略传 》。 维维安尼 是伽利略晚年时的学生兼助手,帮助他整理资料作记录,落体试验很可能是维维安尼听伽利略口述的。英国著名的科学史家C·辛格和 哲学家 阿尔弗雷德·怀特黑德 肯定了试验的真实性。 意大利 伽利略20卷文集国家版的主编安东尼奥·法瓦罗,确信维维安尼的叙述是可靠的。虽然伽利略在自己的著作中从来没有特别引述比萨斜塔实验,但在他的《论运动》论文(收入《伽利略文集》国家版第一卷)中,讲了6次物体从塔上落下的实验,并且主张对 亚里士多德 采取批判的态度。 美国 著名科学史权威弗·卡约里很赞成法瓦罗的分析。在伽利略的同时代,也有人做过类似的落体实验。 意大利 帕多瓦 城数学家莫勒第,曾在一本小册子《大炮术》里专门提到落体运动; 荷兰 的一位工程师 西蒙·斯蒂文 也进行过落体实验。

潮汐理论

伽利略将潮汐现象当成了 地球 运动的证据,以为潮水的涨落是地球的 公转 和自转产生颠簸造成的。他想象海水来回冲击,就像盛在盒子中的水那样晃来晃去。 同时代的 约翰尼斯·开普勒 曾提出潮汐现象可能跟月球有一定关系,但未深究,伽利略也不以为然。 最终在物理学家 牛顿 的引潮力理论中得到解释。

相关人物

父亲温琴佐:是 佛罗伦萨 的一名音乐家和音乐理论家,为家人生活兼职从事羊毛生意。音乐理论上反对 毕达哥拉斯 机械传统,还用琴弦试验得出“琴弦的 张力 不同,即使长度比不是标准的2∶1也能弹出八度音”的结论。著有《古代音乐与现代音乐的对话》(Dialogue on Ancient and Modern Music)和《关于基奥贾的扎利诺作品的对谈》(Discourse Concerning the Work of Messer Gioseffo Zarlino of Chioggia)表明“应当抛弃权威,也应当将那些看似精彩却与真理相悖的推断放在一边。”的态度。在热衷艺术的“ 佛罗伦萨 同好会”中十分活跃,还接受过古典语言和数学方面的教育,对伽利略影响颇大。

弟弟 米开朗琪罗 : 鲁特琴 演奏大师,在 波兰 和 巴伐利亚州 从事音乐工作,在巴伐利亚期间结婚并把所有积蓄用在了婚礼上,对家庭难有帮助。妻子和四个孩子在1634年因 瘟疫 去世,伽利略邀请弟弟和两个儿子到蕉耶里别墅相聚。 也有说法弟弟全家都死于瘟疫。

玛丽娜·迪安德烈·甘巴:出身寒微,在 帕多瓦 时期与伽利略结识并保持情人关系有十多年,他们育有两个女儿即 弗吉尼亚 (改名玛利亚·塞莱斯特修女)和利维娅(改名阿坎吉拉修女)和还有一个儿子温琴佐。伽利略的门第观念、家庭负担和对婚姻的担心使他不愿意和玛丽娜结婚,在伽利略从 帕多瓦 返回 佛罗伦萨 之际,玛丽娜最终决定答应一位和她同龄的 威尼斯 男人的求婚。

人物评价

法国 科学家鲁萨尔曾说:“在科学领域里,我们都是伽利略的学生。”

英国 科学史家丹皮尔在《科学史》中评价说:“靠着望远镜的帮助,伽利略用人人可以重新观察证实的事实,证明了新天文学的新学说。而在那以前,天文学的学说仅仅建立在先贤简单的数学根据上。”

美国 物理学家 阿尔伯特·爱因斯坦 写到:他是现代物理学之父——实际上,他是整个现代科学之父。他的发现与他对科学推理方法的运用是人类思想史上最重要的成就之一。

后世纪念

重塑真理

1737年, 佛罗伦萨 市民在 圣十字教堂 举行了庄严的仪式,将伽利略的遗骨重新安葬在新墓地里。佛罗伦萨的许多显赫人物都长眠在此,包括一代巨匠 米开朗基罗·博那罗蒂 和 但丁·阿利吉耶里 与 列奥纳多·达·芬奇 的 衣冠冢 。旁边,葬着他的学生维维尼安。

1835年, 教廷 正式将伽利略的《对话》从《教廷禁书目录》中删除。

1979年11月10日,罗马教皇约翰·保罗二世在 梵蒂冈 举行的 世界 主教 会议 上,提出重新审理“伽利略案件”,华裔科学家 杨振宁 和 丁肇中 名列委员会。

1989年, 美国 发射了一颗飞向 木星 的 空间探测器 ,这颗探测器被命名为“ 伽利略号木星探测器 ”。经过六年漫长的 太空飞行 ,“伽利略号”于1995年12月成功进入围绕木星的轨道。“伽利略号”在茫茫太空飞往木星的途中,1992年 罗马教廷 公开宣布了给伽利略“平反”,承认三百多年前给伽利略定罪并把他终身监禁是一个错误,伽利略没有错。

2009年经 国际天文学联合会 (IAU)提议, 联合国 批准当年为国际天文年,以纪念400年前伽利略把望远镜看向星空,多种形式纪念活动在多个国家广泛展开。

2010年由 佛罗伦萨大学 创办的科学史研究所经翻修后更名为“伽利略博物馆”,得益于 美第奇 和罗林家族的帮助,博物馆集展览、科研、出版、国际交流、高等教育于一体, 最著名的藏品是伽利略亲手制造和仅存的两台望远镜以及被粉丝盗走的手指 。时至今日,关于伽利略的各种纪念活动层出不穷,彰显着他在科学发展史的重要地位。

影视剧创

以伽利略名字命名的影视剧作品数不胜数, 最早是1943年首演的 贝尔托·布莱希特 的《伽利略传》仍在上演; 多国都曾拍摄电影电视剧展现伽利略生平的《伽利略传》; 以 东野圭吾 小说改编电视剧《 神探伽利略 》颇受欢迎; 1998年和2002年拍摄纪录片《伽利略对话录》和《PBS伽利略:为真理而战》等; 舞台剧《三堂会审伽利略》、《伽利略传》等; 音乐剧 《星际信使》等。

文学作品

伽利略的 传记 很多,以他的学生 温琴佐·维维亚尼 的《 伽利略传 》最早也最接近真实。 东野圭吾以伽利略作为侦探名字的 悬疑小说 畅销不衰; 科普代表书籍《 伽利略的手指 》让人快速了解科学; 美国 诗人梅丹理创作诗歌《伽利略的眼光》等。

艺术传播

意大利 画家尼克罗·巴拉宾创作壁画《伽利略的审判》; 意大利画家提托·勒西创作木板油画《晚年的伽利略与其弟子兼传记作者温琴佐·维维亚尼》;画家克里斯蒂诺·巴蒂利创作布面油画《伽利略受审》等 。1991年 中国 发行了纪念伽利略发现“ 惯性 质量和 引力 质量等价”400周年的邮资明信片;1995年意大利发行第14届国家相对论大学在 佛罗伦萨 召开的 纪念邮票 ,上有伽利略的头像。

参考资料

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