伽利略:執(zhí)著追求真理的學(xué)者

內(nèi)容概要

偉大的科學(xué)巨星——伽利略
伽利略奧．伽利略（Galileo Galilei,1564 - 1642）是意大利文藝復(fù)興后期偉大的天文學(xué)家、物理學(xué)家、力學(xué)家和哲學(xué)家，也是近代實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的開拓者。他是為維護(hù)真理而進(jìn)行不屈不撓的戰(zhàn)士。恩格斯稱他是“不管有何障礙，都能不顧一切而打破舊說，創(chuàng)立新說的巨人之一”。
一．伽利略生平
伽利略于1564年2月15日出生于意大利西部海岸的此薩城，他原籍佛羅倫薩，出身沒落的名門貴族家庭。伽利略的父親是一位不得志的音樂家，精通希臘文和拉丁文，對(duì)數(shù)學(xué)也頗有造詣。因此，伽利略從小受到了良好的家庭教育。
伽利略在十二歲時(shí)，進(jìn)入佛羅倫薩附近的瓦洛姆布洛薩修道院，接受古典教育。十七歲時(shí)，他進(jìn)入比薩大學(xué)學(xué)醫(yī)，同時(shí)潛心鉆研物理學(xué)和數(shù)學(xué)。由于家庭經(jīng)濟(jì)困難，伽利略沒有拿到畢業(yè)證書，便離開了比薩大學(xué)。在艱苦的環(huán)境下，他仍堅(jiān)持科學(xué)研究，攻讀了歐幾里德和阿基米德的許多著作，做了許多實(shí)驗(yàn)，并發(fā)表了許多有影響的論文，從而受到了當(dāng)時(shí)學(xué)術(shù)界的高度重視，被譽(yù)為“當(dāng)代的阿基米德”。
伽利略在25歲時(shí)被比薩大學(xué)的數(shù)學(xué)教授。兩年后，伽利略因?yàn)橹谋人_斜塔實(shí)驗(yàn)，觸怒了教會(huì)，失去這份工作。伽利略離開比薩大學(xué)后，于1592年去威尼斯的帕多瓦大學(xué)任教，一直到1610年。這一段時(shí)期是伽利略從事科學(xué)研究的黃金時(shí)期。在這里，他在力學(xué)、天文學(xué)等各方面都取得了累累碩果。
1610年，伽利略把他的著作以通俗讀物的形式發(fā)表出來，取名為《星空信使》，這本書在威尼斯出版，轟動(dòng)了當(dāng)時(shí)的歐洲，也為伽利略贏得了崇高的榮譽(yù)。伽利略被聘為“宮廷哲學(xué)家”和“宮廷首席數(shù)學(xué)家”，從此他又回到了故鄉(xiāng)佛羅倫薩。
伽利略在佛羅倫薩的宮廷里繼續(xù)進(jìn)行科學(xué)研究，但是他的天文學(xué)發(fā)現(xiàn)以及他的天文學(xué)著作明顯的體現(xiàn)出了哥白尼日心說的觀點(diǎn)。因此，伽利略開始受到教會(huì)的注意。1616年開始，伽利略開始受到羅馬宗教裁判所長(zhǎng)達(dá)二十多年的殘酷迫害。
伽利略的晚年生活極其悲慘，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(xué)研究工作。
1642年1月8日，凌晨4時(shí)，偉大的伽利略——為科學(xué)、為真理奮斗一生的戰(zhàn)士，科學(xué)巨人離開了人世，享年78歲。在他離開人世的前夕，他還重復(fù)著這樣一句話：“追求科學(xué)需要特殊的勇氣。”
二．伽利略和他的科學(xué)發(fā)現(xiàn)
古希臘在物理學(xué)說方面有兩大學(xué)派，一派以哲學(xué)家亞里士多德為代表，另一派則以自然科學(xué)家阿基米德為代表。兩人皆是古代希臘蓍名的學(xué)者，但由于兩人的觀點(diǎn)和方法不同，其科學(xué)結(jié)論也就各異，并形成了鮮明的對(duì)立。亞里士多德學(xué)派的觀點(diǎn)基本是唯心的，他是憑主觀思考和純推理方法作結(jié)論的，所以是充斥著謬誤。而阿基米德學(xué)派的觀點(diǎn)基本是唯物的，他完全依靠靠科學(xué)實(shí)踐方法得出結(jié)論。
然而從11世紀(jì)起，在基督教會(huì)的扶持下，亞里士多德的著作得到了經(jīng)院哲學(xué)家的重視，他們排斥阿基米德的物理學(xué)，把亞里士多德的物理學(xué)奉為經(jīng)典，凡違反亞里士多德物理學(xué)的學(xué)者均被視為“異端邪說”。但伽利略卻對(duì)亞里士多德的物理學(xué)抱懷疑態(tài)度，相反他特別重視對(duì)阿基米德物理學(xué)的研究，他重視理論聯(lián)系實(shí)際，注意觀察各種自然現(xiàn)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，他注意到教堂里懸掛的那些長(zhǎng)明燈被風(fēng)吹得一左一右有規(guī)律地?cái)[動(dòng)，他按自己脈博的跳動(dòng)來計(jì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們往復(fù)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間總是相等的。就這樣他發(fā)現(xiàn)了擺的等時(shí)性，后來荷蘭物理學(xué)家惠更斯根據(jù)這個(gè)原理制成掛擺時(shí)鐘，人們稱之為"伽利略鐘"。
伽利略根據(jù)阿基米德的學(xué)說，作了迅速確定合金成分的流體靜力天平的研究，發(fā)明了可以測(cè)定物質(zhì)密度的"小天平"，寫出了名為《小天平》的論文。后來他又潛心研究了物體重心的幾何學(xué)，于1588年發(fā)表了《固體的重心》的論文，引起學(xué)術(shù)界的注意。第二年，在友人的推薦下，被比薩大學(xué)聘任為數(shù)學(xué)教授。
亞里士多德認(rèn)為兩個(gè)物體以同一高度落下，重的比輕的先著地。但伽利略經(jīng)過反復(fù)的研究與實(shí)驗(yàn)后，得出了與之截然相反的結(jié)論：物體下落的快慢與重量無關(guān)。1590年，伽利略在比薩斜塔公開作了落體實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了亞里士多德的說法是錯(cuò)誤的，使統(tǒng)治人們思想長(zhǎng)達(dá)2000多年的亞里士多德的學(xué)說第一次發(fā)生動(dòng)搖。而應(yīng)邀前來觀看的一些著名學(xué)者卻否認(rèn)自己親眼見到的一切，他們?nèi)浩鸸糍だ浴?591年，伽利略被比薩解聘。
從科學(xué)史上看，伽利略并不是落體實(shí)驗(yàn)的首創(chuàng)者，其首創(chuàng)者是比利時(shí)的斯臺(tái)文。但伽利略的比薩斜塔實(shí)驗(yàn)所造成的影響卻是更為深遠(yuǎn)的。
1592年，伽利略來到威尼斯的帕多瓦大學(xué)任教，開始了他科學(xué)活動(dòng)的黃金時(shí)期。在這一時(shí)期，他研究了大量的物理學(xué)問題，如斜面運(yùn)動(dòng)、力的合成、拋射體運(yùn)動(dòng)等。他還對(duì)液體與熱學(xué)作了研究，發(fā)明了溫度計(jì)。1609年，伽利略制成了天文望遠(yuǎn)鏡，并用這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡去探索宇宙的奧秘，他發(fā)現(xiàn)月球的表面凹凸不平，有高山深谷；木星有四顆衛(wèi)星圍繞它旋轉(zhuǎn)，金星和月亮一樣有盈有虧；土星有光環(huán)；太陽有黑子，能自轉(zhuǎn)。銀河是由于千千萬萬顆暗淡的星星所組成。這些發(fā)現(xiàn)為哥白尼、布魯諾的觀點(diǎn)提供了有力的證據(jù)。對(duì)教會(huì)的信條進(jìn)行了嚴(yán)厲的打擊。
第二年，他出版了《星際使者》，通俗地向讀者介紹他觀察到的天空現(xiàn)象，宣傳了他的觀點(diǎn)。這部著作在歐洲引起了極大的轟動(dòng)，伽利略因此被稱為“天空的哥倫布”。1613年，他在羅馬發(fā)表了《論太陽黑子》。該書以書信形式明確指出了哥白尼學(xué)說是正確的，托勒密學(xué)說是錯(cuò)誤的。由此伽利略觸怒了教會(huì)，開始受到宗教裁制所的審訊。
在教廷的壓制下，伽利略仍繼續(xù)科學(xué)研究，在長(zhǎng)期觀察和研究天體運(yùn)動(dòng)的實(shí)踐中，他更加堅(jiān)信哥白尼學(xué)說的正確性。1632年1月，伽利略在佛羅倫薩出版了《關(guān)于托勒密和哥白尼的兩大世界體系的對(duì)話》。他在書中用三位學(xué)者對(duì)話的形式，作了四天的談話。討論了三個(gè)問題：1、證明地球在運(yùn)動(dòng)；2、充實(shí)哥白尼學(xué)說；3、地球的潮汐。《對(duì)話》總結(jié)了伽利略長(zhǎng)期科研實(shí)踐中的各種科學(xué)發(fā)現(xiàn)，宣告了托勒密地心說理論的破產(chǎn)，從根本上動(dòng)搖了教會(huì)的最高權(quán)威，從而推動(dòng)了唯物論思想的發(fā)展。這部著作一經(jīng)出版便受到廣大讀者的歡迎。但卻遭到了羅馬教會(huì)的反對(duì)。伽利略因此而受到了長(zhǎng)期的監(jiān)禁。
1636年，伽利略在監(jiān)禁中偷偷地完成了他一生中另一部偉大的著作《關(guān)于兩種新科學(xué)的對(duì)話》。該書于1638年在荷蘭出版。這部偉大著作同樣是以三人對(duì)話形式寫的?！暗谝惶臁笔顷P(guān)于固體材料強(qiáng)度的問題，反駁了亞里士多德關(guān)于落體的速度依賴于其重量的觀點(diǎn)；“第二天”是關(guān)于內(nèi)聚作用的原因，討論了杠桿原理的證明及梁的強(qiáng)度問題；“第三天”討論了勻速運(yùn)動(dòng)和自然加速運(yùn)動(dòng)；"第四天"是關(guān)于拋射體運(yùn)動(dòng)的討論。這一巨著從根本上否定的亞里士多德的運(yùn)動(dòng)學(xué)說。
三．伽利略的科學(xué)研究方法
伽利略對(duì)物理規(guī)律的論證非常嚴(yán)格。他創(chuàng)立了對(duì)物理理象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究并把實(shí)驗(yàn)的方法與數(shù)學(xué)方法、邏輯論證相結(jié)合的科學(xué)研究方法。例如，為了說明慣性，他曾設(shè)計(jì)一個(gè)無摩擦的理想實(shí)驗(yàn)：在一定點(diǎn)O懸掛一單擺，將擺球拉到離豎直位置一定距離的左側(cè)A點(diǎn)，釋放小球，小球?qū)[到豎直位置的右側(cè)B點(diǎn)，此時(shí)A點(diǎn)與B點(diǎn)處于同一高度。若在O的正下方C用釘子改變單擺的運(yùn)動(dòng)路線，小球?qū)[到與A、B兩點(diǎn)同樣高度的D。伽利略指出，對(duì)于斜面會(huì)得出同樣的結(jié)論。他將兩個(gè)斜面對(duì)接起來，讓小球沿一個(gè)斜面從靜止?jié)L下，小球?qū)L上另一斜面。如果無摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨?。他推論說，如果減小第二個(gè)斜面的傾角，小球在這個(gè)斜面達(dá)到原來的高度就要通過更長(zhǎng)的距離。繼續(xù)使第二個(gè)斜面的傾角越來越小，小球?qū)⒑蠞L得越來越遠(yuǎn)。如果第二個(gè)斜面改成水平面，小球就永遠(yuǎn)達(dá)不到原來的高度，而要沿水平面以恒定速度持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去。伽利略設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)雖是想象中的，但卻是建立在可靠的事實(shí)的基礎(chǔ)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(jiǎn)，易于認(rèn)識(shí)其規(guī)律。伽利略的這一自然科學(xué)新方法，有力地促進(jìn)物理學(xué)的發(fā)展，他因此被譽(yù)為是“經(jīng)典物理學(xué)的奠基人”。
四．伽利略在科學(xué)史上的地位
伽利略的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，不僅在物理學(xué)史上而且在整個(gè)科學(xué)中上都占有極其重要的地位。他不僅糾正了統(tǒng)治歐洲近兩千年的亞里士多德的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，更創(chuàng)立了研究自然科學(xué)的新方法。
伽利略在總結(jié)自己的科學(xué)研究方法時(shí)說過，“這是第一次為新的方法打開了大門，這種將帶來大量奇妙成果的新方法，在未來的年代里，會(huì)博得許多人的重視?！焙髞?，惠更斯繼續(xù)了伽利略的研究工作，他導(dǎo)出了單擺的周期公式和向心加速度的數(shù)學(xué)表達(dá)式。牛頓在系統(tǒng)地總結(jié)了伽利略、惠更斯等人的工作后，得到了萬有引力定律和牛頓運(yùn)動(dòng)三定律。伽利略留給后人的精神財(cái)富是寶貴的。愛因斯坦曾這樣評(píng)價(jià)：“伽利略的發(fā)現(xiàn)，以及他所用的科學(xué)推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正的開端！”。

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