伽利略的故事

伽利略的故事伽利略1564年生于意大利的比薩城，就在著名的比薩斜塔旁邊。他的父親是個(gè)破產(chǎn)貴族。當(dāng)伽利略來(lái)到人世時(shí)，他的家庭已經(jīng)很窮了。17歲那一年，伽利略考進(jìn)了比薩大學(xué)。在大學(xué)里，伽利略不僅努力學(xué)習(xí)，而且喜歡向老師提出問(wèn)題。哪怕是人們司空見(jiàn)慣、習(xí)以為常的一些現(xiàn)象，他也要打破砂鍋問(wèn)到底，弄個(gè)一清二楚。眼睛盯著天花板有一次，他站在比薩的天主教堂里，眼睛盯著天花板，一動(dòng)也不動(dòng)。他在干什么呢？原來(lái)，他用右手按左手的脈搏，看著天花板上來(lái)回?fù)u擺的燈。他發(fā)現(xiàn)，這燈的擺動(dòng)雖然是越來(lái)越弱，以至每一次擺動(dòng)的距離漸漸縮短，但是，每一次搖擺需要的時(shí)間卻是一樣的。于是，伽利略做了一個(gè)適當(dāng)長(zhǎng)度的擺錘，測(cè)量了脈搏的速度和均勻度。從這里，他找到了擺的規(guī)律。鐘就是根據(jù)他發(fā)現(xiàn)的這個(gè)規(guī)律制造出來(lái)的。失學(xué)了就努力自學(xué)家庭生活的貧困，使伽利略不得不提前離開(kāi)大學(xué)。失學(xué)后，伽利略仍舊在家里刻苦鉆研數(shù)學(xué)。由于他的不斷努力，在數(shù)學(xué)的研究中取得了優(yōu)異的成績(jī)。同時(shí)，他還發(fā)明了一種比重秤，寫(xiě)了一篇論文，題目為《固體的重心》。此時(shí)，21歲的伽利略已經(jīng)名聞全國(guó)，人們稱(chēng)他為“當(dāng)代的阿基米德”。在他25歲那年，比薩大學(xué)破例聘他當(dāng)了數(shù)學(xué)教授。伽利略·伽利雷舉世聞名的落體實(shí)驗(yàn)在伽利略之前，古希臘的亞里士多德認(rèn)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(shuō)，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(lái)，人們一直把這個(gè)違背自然規(guī)律的學(xué)說(shuō)當(dāng)成不可懷疑的真理。年輕的伽利略根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)推理，大膽地對(duì)亞里士多德的學(xué)說(shuō)提出了疑問(wèn)。經(jīng)過(guò)深思熟慮，他決定親自動(dòng)手做一次實(shí)驗(yàn)。他選擇了比薩斜塔作實(shí)驗(yàn)場(chǎng)。這一天，他帶了兩個(gè)大小一樣但重量不等的鐵球，一個(gè)重10磅，是實(shí)心的；另一個(gè)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(lái)觀看的人，大家議論紛紛。有人諷刺說(shuō)：“這個(gè)小伙子的神經(jīng)一定是有病了！亞里士多德的理論不會(huì)有錯(cuò)的！”實(shí)驗(yàn)開(kāi)始了，伽利略?xún)墒指髂靡粋€(gè)鐵球，大聲喊道：“下面的人們，你們看清楚，鐵球就要落下去了?！闭f(shuō)完，他把兩手同時(shí)張開(kāi)。人們看到，兩個(gè)鐵球平行下落，幾乎同時(shí)落到了地面上。所有的人都目瞪口呆了。伽利略的試驗(yàn)，揭開(kāi)了落體運(yùn)動(dòng)的秘密，推翻了亞里士多德的學(xué)說(shuō)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)的發(fā)展史上具有劃時(shí)代的重要意義。制成了第一架望遠(yuǎn)鏡哥白尼是波蘭杰出的天文學(xué)家，他經(jīng)過(guò)40年的天文觀測(cè)，提出了“日心說(shuō)”的理論。他認(rèn)為宇宙的中心是太陽(yáng)，而不是地球。地球是一個(gè)普通的行星，它在自轉(zhuǎn)的同時(shí)還環(huán)繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。伽利略很早就相信哥白尼的“日心說(shuō)”。1608年6月的一天，伽利略找來(lái)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(gè)小天文望遠(yuǎn)鏡。實(shí)驗(yàn)證明，它可以把原來(lái)的物體放大3倍。伽利略沒(méi)有滿足，他進(jìn)一步改進(jìn)，又做了一個(gè)。他帶著這個(gè)望遠(yuǎn)鏡跑到海邊，只見(jiàn)茫茫大海波濤翻滾，看不見(jiàn)一條船?？墒?，當(dāng)他拿起望遠(yuǎn)鏡往遠(yuǎn)處再看時(shí)，一條船正從遠(yuǎn)處向岸邊駛來(lái)。實(shí)踐證明，它可以放大8倍。伽利略不斷地改進(jìn)和制造著，最后，他的望遠(yuǎn)鏡可以將原物放大32倍。證實(shí)哥白尼的“”每天晚上，伽利略都有用自己的望遠(yuǎn)鏡觀看月亮。他看到了月亮上的高山、深谷，還有火山的裂痕。后來(lái)又開(kāi)始觀看太空，探索宇宙的奧秘。他發(fā)現(xiàn)，銀河是由許多小星星匯集而成的。他還發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)里面有黑斑，這些黑斑的位置在不斷地變化。因此他斷定，太陽(yáng)本身也在自轉(zhuǎn)。伽利略埋頭觀察，以無(wú)可辯駁的事實(shí)，證明地球在圍著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，而太陽(yáng)不過(guò)是一個(gè)普通的恒星，從而證明了哥白尼學(xué)說(shuō)的正確。1610年，伽利略出版了著名的《星空使者》。人們佩服地說(shuō)：“哥倫布發(fā)現(xiàn)了新大陸，伽利略發(fā)現(xiàn)了新宇宙?！焙?jiǎn)介伽利略是偉大的意大利物理學(xué)家和天文學(xué)家，科學(xué)革命的先驅(qū)。歷史上他首先在科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上融會(huì)貫通了數(shù)學(xué)、物理學(xué)和天文學(xué)三門(mén)知識(shí)，擴(kuò)大、加深并改變了人類(lèi)對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和宇宙的認(rèn)識(shí)。為了證實(shí)和傳播了哥白尼的日心說(shuō)，伽利略獻(xiàn)出了畢生精力。由此，他晚年受到教會(huì)迫害，并被終身監(jiān)禁。他以系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和觀察推翻了以亞里士多德為代表的、純屬思辨的傳統(tǒng)的自然觀，開(kāi)創(chuàng)了以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為根據(jù)并具有嚴(yán)密邏輯體系的近代科學(xué)。因此，他被稱(chēng)為“近代科學(xué)之父”。他的工作，為I.牛頓的理論體系的建立奠定了基礎(chǔ)。早年活動(dòng)伽利略1564年2月15日生于比薩,父親芬琴齊奧·伽利萊精通音樂(lè)理論和聲學(xué)，著有《音樂(lè)對(duì)話》一書(shū)。1574年全家遷往佛羅倫薩。伽利略自幼受父親的影響，對(duì)音樂(lè)、詩(shī)歌、繪畫(huà)以及機(jī)械興趣極濃；也像他父親一樣，不迷信權(quán)威。17歲時(shí)遵從父命進(jìn)比薩大學(xué)學(xué)醫(yī)，可是對(duì)醫(yī)學(xué)他感到枯燥無(wú)味，而在課外聽(tīng)世交、著名學(xué)者O.里奇講歐幾里得幾何學(xué)和阿基米德靜力學(xué)，感到濃厚興趣。1583年，伽利略在比薩教堂里注意到一盞懸燈的擺動(dòng)，隨后用線懸銅球作模擬(單擺)實(shí)驗(yàn)，確證了微小擺動(dòng)的等時(shí)性以及擺長(zhǎng)對(duì)周期的影響，由此創(chuàng)制出脈搏計(jì)用來(lái)測(cè)量短時(shí)間間隔。1585年因家貧退學(xué)，擔(dān)任家庭教師，但仍?shī)^力自學(xué)。1586年，他發(fā)明了浮力天平，并寫(xiě)出論文《小天平》。1587年他帶著關(guān)于固體重心計(jì)算法的論文到羅馬大學(xué)求見(jiàn)著名數(shù)學(xué)家和歷法家C.克拉維烏斯教授，大受稱(chēng)贊和鼓勵(lì)。克拉維烏斯回贈(zèng)他羅馬大學(xué)教授P.瓦拉的邏輯學(xué)講義與自然哲學(xué)講義，這對(duì)于他以后的工作大有幫助。1588年他在佛羅倫薩研究院做了關(guān)于A.但丁《神曲》中煉獄圖形構(gòu)想的學(xué)術(shù)演講，其文學(xué)與數(shù)學(xué)才華大受人們贊揚(yáng)。次年發(fā)表了關(guān)于幾種固體重心計(jì)算法的論文，其中包括若干靜力學(xué)新定理。由于有這些成就，當(dāng)年比薩大學(xué)便聘請(qǐng)他任教，講授幾何學(xué)與天文學(xué)。第二年他發(fā)現(xiàn)了擺線。當(dāng)時(shí)比薩大學(xué)教材均為亞里士多德學(xué)派的學(xué)者所撰，書(shū)中充斥著神學(xué)與形而上學(xué)的教條。伽利略經(jīng)常發(fā)表辛辣的反對(duì)意見(jiàn),由此受到校內(nèi)該學(xué)派的歧視和排擠。1591年其父病逝，家庭負(fù)擔(dān)加重，他便決定離開(kāi)比薩。帕多瓦時(shí)期1592年伽利略轉(zhuǎn)到帕多瓦大學(xué)任教。帕多瓦屬于威尼斯公國(guó)，遠(yuǎn)離羅馬，不受教廷直接控制，學(xué)術(shù)思想比較自由。在此良好氣氛中，他經(jīng)常參加校內(nèi)外各種學(xué)術(shù)文化活動(dòng)，與具有各種思想觀點(diǎn)的同事論辯。此時(shí)他一面吸取前輩如.塔爾塔利亞、.貝內(nèi)代蒂、F.科門(mén)迪諾等人的數(shù)學(xué)與力學(xué)研究成果，一面經(jīng)常考察工廠、作坊、礦井和各項(xiàng)軍用民用工程，廣泛結(jié)交各行各業(yè)的技術(shù)員工，幫他們解決技術(shù)難題，從中吸取生產(chǎn)技術(shù)知識(shí)和各種新經(jīng)驗(yàn)，并得到啟發(fā)。在此時(shí)期，他深入而系統(tǒng)地研究了落體運(yùn)動(dòng)、拋射體運(yùn)動(dòng)、靜力學(xué)、水力學(xué)以及一些土木建筑和軍事建筑等；發(fā)現(xiàn)了慣性原理，研制了溫度計(jì)和望遠(yuǎn)鏡。1597年，他收到J.開(kāi)普勒贈(zèng)閱的《神秘的宇宙》一書(shū)，開(kāi)始相信日心說(shuō)，承認(rèn)地球有公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)兩種運(yùn)動(dòng)。但這時(shí)他對(duì)柏拉圖的圓運(yùn)動(dòng)最自然最完善的思想印象太深，以致對(duì)開(kāi)普勒的行星橢圓軌道理論不感興趣。1604年天空出現(xiàn)超新星，亮光持續(xù)18個(gè)月之久。他便趁機(jī)在威尼斯作幾次科普演講，宣傳哥白尼學(xué)說(shuō)。由于講得精采動(dòng)聽(tīng)，聽(tīng)眾逐次增多，最后達(dá)千余人。1609年7月,盛傳一荷蘭眼鏡工人發(fā)明了供人玩賞的望遠(yuǎn)鏡。他未見(jiàn)到實(shí)物，思考竟日后，用風(fēng)琴管和凸凹透鏡各一片制成一具望遠(yuǎn)鏡,倍率為3,后又提高到9。他邀請(qǐng)威尼斯參議員到塔樓頂層用望遠(yuǎn)鏡觀看遠(yuǎn)景，觀者無(wú)不驚喜萬(wàn)分。參議院隨后決定他為帕多瓦大學(xué)的終身教授。1610年初，他又將望遠(yuǎn)鏡放大率提高到33，用來(lái)觀察日月星辰，新發(fā)現(xiàn)甚多，如月球表面高低不平，月球與其他行星所發(fā)的光都是太陽(yáng)的反射光,水星有4顆衛(wèi)星，銀河原是無(wú)數(shù)發(fā)光體的總匯，土星有多變的橢圓外形等等，開(kāi)辟了天文學(xué)的新天地。是年3月,出版了他的《星空信使》一書(shū)，震撼全歐。隨后又發(fā)現(xiàn)金星盈虧與大小變化，這對(duì)日心說(shuō)是一強(qiáng)有力的支持。伽利略日后回顧在帕多瓦的18年時(shí)，認(rèn)為這是他一生中工作最開(kāi)展、精神最舒暢的時(shí)期。事實(shí)上，這也是他一生中學(xué)術(shù)成就最多的時(shí)期。托斯卡納時(shí)期20年來(lái)伽利略在物理學(xué)和天文學(xué)研究上的豐碩成果，激起了他學(xué)術(shù)上的更大企求。為了取得充裕時(shí)間致力于科學(xué)研究，1610年春，他辭去大學(xué)教職，接受托斯卡納公國(guó)大公聘請(qǐng)，擔(dān)任宮廷首席數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家的閑職與比薩大學(xué)首席數(shù)學(xué)教授的榮譽(yù)職位。為了使科學(xué)免受教會(huì)干預(yù)，伽利略曾多次去羅馬活動(dòng)。1611年他第二次去羅馬，目的在于贏得宗教、政治與學(xué)術(shù)界認(rèn)可他在天文學(xué)上的發(fā)現(xiàn)。他在羅馬受到包括教皇保羅五世和若干高級(jí)主教在內(nèi)的上層人物的熱情接待，并被林賽研究院接納為院士。當(dāng)時(shí)耶穌會(huì)的神父?jìng)兂姓J(rèn)他的觀測(cè)事實(shí)，只是不同意他的解釋。這年5月,在羅馬大學(xué)的大會(huì)上，幾個(gè)高職位的神父公開(kāi)宣布了伽利略的天文學(xué)成就。同年，他觀察到太陽(yáng)黑子及其運(yùn)動(dòng)，對(duì)比黑子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和圓運(yùn)動(dòng)的投影原理，論證了太陽(yáng)黑子是在太陽(yáng)表面上;他還發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)有自轉(zhuǎn)。1613年他發(fā)表了3篇討論太陽(yáng)黑子問(wèn)題的通信稿。另外,1612年他又出版了《水中浮體對(duì)話集》一書(shū)。1615年，一詭詐的教士集團(tuán)和教會(huì)中許多與伽利略敵對(duì)的人聯(lián)合攻擊伽利略為哥白尼學(xué)說(shuō)辯護(hù)的論點(diǎn)，控告他違反基督教義。他聞?dòng)嵑?，于是年冬第三次去羅馬，力圖挽回自己的聲譽(yù)，企求教廷不因自己保持哥白尼觀點(diǎn)而受到懲處，也不公開(kāi)壓制他宣傳哥白尼學(xué)說(shuō)，教廷默認(rèn)了前一要求，但拒絕了后者。教皇保羅五世在1616年下達(dá)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(wèi)日心說(shuō)。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并理解他的意愿，以維護(hù)新興科學(xué)的生機(jī)。他先后謁見(jiàn)6次,力圖說(shuō)明日心說(shuō)可以與基督教教義相協(xié)調(diào)，說(shuō)“圣經(jīng)是教人如何進(jìn)天國(guó)，而不是教人知道天體是如何運(yùn)轉(zhuǎn)的”;并且試圖以此說(shuō)服一些大主教,但毫無(wú)效果。烏爾邦八世堅(jiān)持“1616年禁令”不變；只允許他寫(xiě)一部同時(shí)介紹日心說(shuō)和地心說(shuō)的書(shū)，但對(duì)兩種學(xué)說(shuō)的態(tài)度不得有所偏倚，而且都要寫(xiě)成數(shù)學(xué)假設(shè)性的。在這辛勤奔波的一年里，他研制成了一臺(tái)顯微鏡，“可將蒼蠅放大成母雞一般?！贝撕?年間,他撰寫(xiě)了《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系對(duì)話》一書(shū)（書(shū)影(見(jiàn)彩圖伽利略名著《兩大世界體系的對(duì)話》扉頁(yè)(1632))。中譯本,上海外國(guó)自然科學(xué)哲學(xué)著作編譯組譯，上海人民出版社,1974)。1630年他第5次到羅馬,取得了此書(shū)的“出版許可證”。此書(shū)終于在1632年出版了。此書(shū)在表面上保持中立，但實(shí)際上卻為哥白尼體系辯護(hù)，并多處對(duì)教皇和主教隱含嘲諷，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了僅以數(shù)學(xué)假設(shè)進(jìn)行討論的范圍。全書(shū)筆調(diào)詼諧，在意大利文學(xué)史上列為文學(xué)名著。教廷的迫害和晚年生活《對(duì)話》出版后6個(gè)月,羅馬教廷便勒令停止出售，認(rèn)為作者公然違背“1616年禁令”，問(wèn)題嚴(yán)重，亟待審查。原來(lái)有人在教皇烏爾邦八世面前挑撥說(shuō)伽利略在《對(duì)話》中，借頭腦簡(jiǎn)單、思想守舊的辛普利邱之口以教皇慣用辭句，發(fā)表了一些可笑的錯(cuò)誤言論，使他大為震怒。曾支持他當(dāng)上教皇的集團(tuán)激烈地主張要嚴(yán)懲伽利略，而神圣羅馬帝國(guó)和西班牙王國(guó)認(rèn)為如縱容伽利略會(huì)對(duì)各國(guó)國(guó)內(nèi)的異端思想產(chǎn)生重大影響，提出聯(lián)合警告。在這些內(nèi)外壓力和挑撥下，教皇便不顧舊交，于這年秋發(fā)出要伽利略到羅馬宗教裁判所受審的指令。TrialofGalileo,1632年近七旬而又體弱多病的伽利略被迫在寒冬季節(jié)抱病前往羅馬，在嚴(yán)刑威脅下被審訊了三次，根本不容申辯。幾經(jīng)折磨，終于在1633年6月22日在圣瑪麗亞修女院的大廳上由10名樞機(jī)主教聯(lián)席宣判，主要罪名是違背“1616年禁令”和圣經(jīng)教義。伽利略被迫跪在冰冷的石板地上，在教廷已寫(xiě)好的“悔過(guò)書(shū)”上簽字。主審官宣布：判處伽利略終身監(jiān)禁；《對(duì)話》必須焚絕，并且禁止出版或重印他的其他著作。此判決書(shū)立即通報(bào)整個(gè)天主教世界，凡是設(shè)有大學(xué)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(xué)家,又是虔誠(chéng)的天主教徒,深信科學(xué)家的任務(wù)是探索自然規(guī)律，而教會(huì)的職能是管理人們的靈魂，不應(yīng)互相侵犯。所以他受審之前不想逃脫，受審之時(shí)也不公開(kāi)反抗，而是始終服從教廷的處置。他認(rèn)為教廷在神學(xué)范圍之外行使權(quán)力極不明智，但只能私下有所不滿。顯然，G.布魯諾的被處火刑和T.康帕內(nèi)拉的被長(zhǎng)期打入死牢，這兩位意大利杰出的哲學(xué)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后又改為在家軟禁，指定由他的學(xué)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(guī)定禁止會(huì)客，每天書(shū)寫(xiě)材料均需上繳等。在皮柯羅米尼的精心護(hù)理和鼓勵(lì)下,伽利略重行振作起來(lái),接受皮柯羅米尼的建議繼續(xù)研究無(wú)爭(zhēng)議的物理學(xué)問(wèn)題。于是他仍用《對(duì)話》中的三個(gè)對(duì)話人物，以對(duì)話體裁，和較樸素的文筆，將他最成熟的科學(xué)思想和科研成果撰寫(xiě)成《關(guān)于兩門(mén)新科學(xué)的對(duì)話與數(shù)學(xué)證明對(duì)話集》。兩門(mén)新科學(xué)是指材料力學(xué)（見(jiàn)彈性力學(xué)）和動(dòng)力學(xué)。這部書(shū)稿1636年就已完成,由于教會(huì)禁止出版他的任何著作,他只好托一位威尼斯友人秘密攜出國(guó)境，1638年在荷蘭萊頓出版。伽利略在皮柯羅米尼家中剛過(guò)了5個(gè)月,便有人寫(xiě)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(dāng)年12月遷往佛羅倫薩附近的阿切特里他自己的故居，由他的大女兒維姬尼亞照料，禁例依舊。她對(duì)父親照料妥貼，但4個(gè)月后竟先于父親病故。伽利略多次要求外出治病，均未獲準(zhǔn)。1637年雙目失明。次年才獲準(zhǔn)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(guó)著名詩(shī)人、政論家J.彌爾頓和法國(guó)科學(xué)家、