伽利略开辟近代自然科学新时代

伽利莱·伽利略（1564－1642），意大利文艺复兴时期伟大的天文学家、物理学家和数学家。对他的评价西方世界熟知的一句名言是：“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙”。

欧洲近代自然科学，是从伽利略开始的。考察这位伟大人物的一生， 后人会从中吸取到丰富的营养，并深为他的精神所折服。

伽利略，一个敢于向权威挑战的科学卫士。

伽利略从小便显示了极高的天赋。他聪颖过人，勤勉好学，对拉丁文、希腊文、哲学、音乐、图画等学科都有浓厚的兴趣，他的接受力之强也曾使身为数学家和音乐师的父亲大吃一惊。

但是，小伽利略感兴趣的还不止这些。从小，他就是一个“天空音乐家”。他喜欢一个人默默地、专注地看着星空，那闪烁的群星在调皮地向他眨眼，“星星的背后有什么？”“星星是钻石吗，为什么会发光？”爱好音乐的伽利略沉浸在另一个神奇的世界里，那是想象中的星星运转时的奏鸣曲。

小伽利略还是个小机械师。他每天的游戏便是不停地制作机械玩具。他好奇地打量着周围的世界，不断地制作出象车、风车、船之类的模型。

幼年时期形成的善于观察，勤于思考，勇于实践的良好品质使他一生都受益匪浅。

由于伽利略不肯盲从别人的观点，只相信自己的观察和实验，往往会冒出一些别人难以理解的“疯”念头。

伽利略生活的时代，正是近代欧洲从封建主义向资本主义过渡的转型期，教会控制文化的“黑暗时代”还没有过去，宗教裁判所就是对敢于违背教会宗旨的人的审判镇压机构。即使在文明的摇篮——学校里， 教师们也奉守教条的先哲规矩，对于有争议的问题，就用一句大学者亚里士多德的话来搪塞“导师已经指示过了。”

但是，伽利略从不轻信亚里士多德的著作是颠扑不破的真理。他的脑海中时时在思考着。

一天，伽利略正在教堂里做祈祷，寂静中传来挂灯链条摆动的嘀嗒声，爱动脑筋的伽利略从那有节奏的韵律中，发现挂灯每往返摆动一次的时间似乎一样长！

于是，他出人意料地跳起身来，跑回家去，他要通过实验来验证自己的这一发现。

他兴冲冲地找到他的教父穆契柯·铁达迪帮助他做这个实验。“过一会儿，请您帮我数一下绳索的摆动次数，”伽利略说。

“又是一桩伽利略的疯念头，”教父嘟哝着，无可奈何地耸耸肩， 他不知道这个伽利略又在捣什么鬼。

一会儿功夫，伽利略就做好了实验的准备工作。他把挂有同样重量铅块的两根等长的绳索分别悬挂在两根厅柱上，他将两个铅摆，分别拉到距垂直线四掌宽和两掌宽的位置上，然后同时撒手。

“开始！”伽利略喊道。

“100 次”，“100 次”，“我成功了！”伽利略兴奋地喊道。

就这样，从比萨教堂悬挂的一盏油灯的来回摆动中，医科大学生伽利略发现了摆锤的等时性定律，并被后人广泛应用于时钟计时、计数脉博、计算日食、推算星辰等运动方面。

伽利略很快对数学产生兴趣。那是在他听了宫廷教师里奇的一番谈话之后，他立即被那深奥揭密的欧几里德、阿基米德所陶醉——“数理科学是大自然的语言”。于是，他在就读的比萨大学里一面学医，一面专心致志地钻研数学，藏在他的希波克拉底的医学教科书下面的是欧几里德和阿基米德的著作。校方认为他是一个“玩弄无用的数学的神经病患者”，拒不发给他医学的毕业文凭。

1585 年，伽利略被迫离开比萨大学，回到佛罗伦萨。他继续孜孜不倦地埋身于数学王国中，对他所热爱的事业倾注了满腔热血。1586 年， 他发表了《比重秤》，这部著作使他在数学界一举成名，被称为“当代的亚里士多德”。

1589 年，伽利略在比萨大学谋到了教授的职位，回比萨大学执教。校方很快发现，这个年轻的数学教授“恶习难改”。他公开在课堂

上讲，比背诵圣哲亚里士多德的科学学说更重要的是“学习大自然这本宝书”，亚里士多德也会犯错误，没有经过亲身检验，不能轻易相信。而且，他自己也身体力行，成天忙于实验，用“小孩子的玩具”——绳索锡块、杠杆图片来“研究宇宙奥秘”。

更让校方大吃一惊的是，1590 年，他居然提交了一篇论重力的长篇论文。他公然指责，亚里士多德认为从同一高度掷下两个物体，重的物体先落地，轻的物体后落地，是错误的，应该是同时落地；而且，他从实验中发现自由下落的物体所经过的距离与其耗费的时间的平方成正比的规律。这样，伽利略不仅从实践上证明了亚里士多德的错误，而且又有理论为依据。

然而，在以亚里士多德派为主的比萨大学里，伽利略却遭到了群起攻之。

伽利略相信，事实胜于雄辩，他将让公众通过自己的眼睛来证实。这一天，比萨斜塔前聚集了许多人，有市民，也有教授和学生，这

个“狂妄”的数学教授今天可要出丑了，一些反对他的人幸灾乐祸地想着。

然而，他们很快就失望了。伽利略从同一高度同时掷下的一个十磅、一个一磅重的铅球，它们同时从高空坠地！

尽管如此，那些顽固的教授们还是不肯相信伽利略的学说，无论如何，亚里士多德怎么会错？直到后来，科学家塞特尔的实验才最终结束了对伽利略的实验多半是虚妄的指责。

比萨塔上的实验，标志着伽利略向圣哲亚里士多德学说挑战的开始。

与亚里士多德的经验主义方法相反，伽利略更重于用实验来检验。他承认感觉对思维有启迪作用，但他更相信千百次实验得出的结论更接近真理。他的实验分如下四个步骤进行：实验性观察，作业假设，数式化或理论性演绎、操作。这种方法对他后代的科学家们产生了深远影响。

伽利略的所作所为终于使校方决定驱逐这位对“圣哲”出言不逊的狂妄教授，年轻的伽利略怀着一颗怅惘的心离开了比萨大学。

不久，当时欧洲著名的帕多瓦大学发来了聘书。由于当时威尼斯包括帕多瓦已被教廷摒弃，所以帕多瓦大学的学术气氛比较自由，教授们也很容易接受新观点，这无疑给伽利略提供了一块进行学术研究的乐土。他一生中的许多重大成就都是从这一时期的研究中受益的。

伽利略为后人熟知的重大贡献是在天文学领域。

伽利略从小就对神秘的太空充满向往，长大后，他成了哥白尼的崇拜者。根本不相信教会的“地心说”。1600 年 2 月，当哥白尼的信使、意大利著名哲学家布鲁诺因为坚持“日心说”被教会关押十年之后，在罗马鲜花广场被活活烧死。消息传来，他忍住悲愤，决心一定要找到强有力的证据来证明哥白尼学说的正确，为布鲁诺伸冤。

但是，浩瀚无际的宇宙始终不肯让人类看清楚，千百年来，人们只能凭着肉眼来观察日升日落，月盈月亏。伽利略苦苦思索着，如何制作一个仪器来观测太空？

灵感的火花终于爆发了，当他听说一个眼镜商人在制造镜片时，偶然发现一块凸镜片与一块凹镜片合在一起时，便出现了物体放大的图象，他欣喜若狂，许久以来一直困扰着他的一个难题就这样迎刃而解了。

他迫不及待地找来各种类型的镜片，研究它们的曲率，将各种不同镜片组合比较，并用数学公式来测量出不同曲率及组合所引起的视觉上的效果。一个晚上的时间，世界上第一架可以将物体放大 3 倍的简式望

远镜诞生了。随后，经过不断试验改进，终于在 1609 年制成了一架可以

放大 32 倍的望远镜。于是人们惊奇地发现，“正向这里驰来的帆船⋯⋯ 是那么遥远，以至要等两个小时之后他们才能用肉眼看到”，“遥远的星宿如在眼前”。

利用这个望远镜，伽利略发现了人类从未见到过的太空景象。

伽利略惊奇地发现，皎洁明亮的月球上居然凸凹不平，既不平滑， 也不纯洁，而是覆盖着高山峡谷，还有火山口的裂痕；木星有四颗卫星， 银河由无数星体组成；土星是有光环的⋯⋯

伽利略将自己的发现，通过 1610 年出版的《星宿的信使》公布于世， 从而否定了亚里士多德的“天体完美无缺”的理论。然而在不朽声名建树的同时，也蕴含着悲剧的上演。

受佛罗伦萨及比萨大公科西摩二世之邀，伽利略来到佛罗伦萨，担任宫廷数学家，继续观察太空。他确定了金星的位置，发现了太阳黑子。1613 年，他发表了《论太阳黑子的信札》，证实了哥白尼的学说，认为太阳呆在原地自转，地球绕太阳旋转。

伽利略的一举一动早已引起宗教裁判所的注意，亚里土多德派与教会勾结起来，联合向伽利略发起了进攻。

1616 年 3 月，伽利略被宗教裁判所宣召，“劝”他“放弃他的关于地球、太阳和星宿的异端邪说”、“如果违犯，就得受严厉制裁”，但保留了将哥白尼学说作“数学假设”的研究权，其著作也被列为禁书。 1623 年，伽利略的朋友马太·巴尔贝里尼当选为罗马教皇，伽利略

不知是出于对朋友的信任，还是难捺心中的“激情”，发表了著名的《关于两个世界体系的对话》。两个体系指的是教会支持的托勒密“地心说”， 和哥白尼的“日心说”，文中他虚构了三个人物：萨尔维亚蒂、辛普里邱和沙克列多。前两者分别赞成哥白尼、托勒密的学说，充当了他们的

代言人，为他们的学说辩护。而沙克列多则充当了评判的角色。

这部著作向传统的旧观念发起了全面的攻击，有力地捍卫了哥白尼的学说，一个全新的宇宙呈现在世人面前。其中蕴藏的丰富天文学物理学理论，即便今天读来，也堪称一绝。

然而，一直对伽利略虎视眈眈的教会再也坐不住了，他们诽谤伽利略是借沙克列多讽刺教皇愚昧无知，以此激怒教皇。

1633 年 6 月，伽利略接到了宗教裁判所的传讯，当时，这位年近七旬的老人正“生病在床，他可能到不了罗马，就到另一世界去了”，但是罗马方面却下令，“只要他能勉强成行，就把他锁上铁链，押到罗马来！”

四个多月的严刑折磨之后，罗马教廷最后给伽利略定罪：“反对圣经的真正精神和权威的各种原理”、“引起神圣的信仰遭到毁灭的愈益扩大的混乱和毒害”。伽利略被迫在永不再宣传异端邪说的誓约上签了名。然而，当他转身离去时，仍忍不住固执地重复说，“可是，无论如何，地球仍在运转啊。”

伽利略在天文学上的巨大成就，使科学在与神学的斗争中取得了决定性的胜利，这一胜利开辟了自然科学向前迈进的新时代，标志着近代科学的兴起。

伽利略被判终身监禁，《对话》一书也被禁止出售，然而，伽利略的研究工作并未就此止步。

1638 年，伽利略的《新科学对话》在莱登公开发表，书中认为光速是有限的，可以测量，另外书中还涉及声学问题、阻力问题等。更重要的是，他完整地提出了惯性定律，书中关于力学的伟大发现，为近代物理力学的发展揭开了序幕。后来，牛顿就是踩着这位巨人的肩膀，提出著名的运动三定律的。

完成《新科学对话》之后，他对力学领域继续探索，1642 年 1 月 8 日临终时，他怀抱着《运动的法则》这本被认为是他一生最伟大的著作， 以模糊不清的声音说：“我认为这是我一切著作中最有价值的，因为它是我极端痛苦的果实。”

让我们对这位伟人的一生成就进行概要总结： 他发明了温度计，改良了望远镜。

他成功的进行了关于磁电、引力、运动等领域的科学实验。

他发表了《星宿的信使》、《论太阳黑子的信札》、《论彗星的本质》、《关于两个世界体系的对话》、《新科学对话》、《运动的法则》等。

伽利略，一个当为世人铭记的人物，他带来了自然科学的新时代。