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第32章 大胆的发现者——意大利科学家伽利略

伽利略(1564—1642),意大利文艺复兴后期伟大的天文学家、力学家、哲学家、物理学家、数学家,也是近代实验物理学的开拓者,被誉为“近代科学之父”。恩格斯称他是“不管有何障碍,都能不顾一切而打破旧说,创立新说的巨人之一”。

1564年2月,伽利略出生在意大利的比萨。他的父亲是一位潦倒的绅士,对于解各种数学难题有显著才能。但是,由于高深的数学对于他开设的亚麻布店毫无用处,他拒绝让长子与“无用的科学”有任何关系。因此,伽利略从父亲那里只遗传了数学天赋,而没有得到学习数学的机会。1581年,伽利略17岁时,父亲送他到比萨大学学医。

动力学理论让他备受排挤

在学习的第一年,伽利略即对传统科学推理提出了质疑,这一态度一直延续到他被任命为比萨大学数学系主任为止。同事们对伽利略大为反感:这个“狂妄无知”的人竟敢反对亚里士多德的学说。在传统的物理学原理中,亚里士多德认为:不同质量的物体,在同一高度下落时,它们的速度是不同的;愈重的物体,下落得愈快。伽利略经过多次实验,发现亚里士多德的这个论点是错误的。

为了保证自由落体定律的科学性,伽利略作了大量的实验,最后得出了物体坠落的路程与它经历的时间的平方成正比,而与它的质量无关的结论,从而建立了动力学的重要基础理论。然而这次实验的成功并没能改变伽利略的处境,反而受到了更多的嫉妒和排挤。

1593年,愤然离开比萨大学的伽利略被帕多瓦大学聘为数学教授,继续研究抛体运动,伽利略确立了运动的合成原理和独立性原理。他在理论上证明了,平抛物体无论射程多远,从抛出到着陆所用时间都等于从抛射点竖直下落到地面所用的时间。

三个著作让他三赴罗马受训

1609年,一项重要的发明传遍了整个欧洲:一位荷兰镜片制造商制造出了第一架望远镜。当伽利略听到其中所涉及的光学原理时,他很快就明白了这个望远镜的工作原理。

几个月后,伽利略制成了一架能够放大1000倍、拉近30倍的望远镜,自此伽利略后半生的坎坷随着天体奥秘的展现开始了。在他的望远镜里,月亮是一个与地球很相似的世界,有山谷、盆地还有火山口;他还发现了金星、水星的盈亏现象,以及银河由无数恒星所组成等,这些发现开辟了天文学的新时代。伽利略还证明了根据木星的卫星位置可以判定海面的地理经度,对航海事业的发展具有实际的意义。1610年,他发现了木星的4颗卫星,不久又发现了土星环和太阳黑子,并根据太阳黑子由东向西的移动,断定了太阳的自转。

为了把这些天象观察结果公之于众,他写了一本书,取名为《星空使者》(亦译为《星际的信使》)。1610年3月,这本书在威尼斯出版。《星空使者》出版后,立即引起轰动。一个崭新的宇宙观形成了,它不但推翻了亚里士多德的“地球中心说”,而且还有力地支持了哥白尼学说的正确性。

1615年春天,伽利略被传唤到罗马,并因支持哥白尼的异端邪说而受到指责。1618年天空出现了三颗清晰可见的彗星时,伽利略写了一本《分析者》,公开指责耶稣会会员们的谬论。这一行为导致了教皇的愤怒,1624年,伽利略又一次被传唤到罗马。

回到佛罗伦萨,伽利略用六年的时间写成了他的巨著《关于两种世界体系对话》。1632年,在天主教检查机关的完全同意下正式出版。他用富有表现力的意大利语、优美的文学体裁,以三个贵族的谈话形式写成的这部伟大的著作,使人们从中了解到伽利略的天文发现、惯性原理和机械运动相对性原理,使每一个不抱成见的人都不自觉地成为日心说的拥护者。1633年2月,伽利略再一次被迫赴罗马受审。

1633年6月21日,教皇把伽利略软禁,地点即在佛罗伦萨附近伽利略自己的小庄园中,软禁的判决在他在世的最后八年中一直生效。

双目失明仍为后人开辟研究之路

1634年4月,大女儿玛利亚去世,身体虚弱的伽利略感到了前所未有的凄凉。正在这时,外界传来了好消息——《关于两种世界体系对话》被翻译成拉丁文出版,而英译本也正在筹备之中。这说明,地动说被越来越多的人们所接受了。伽利略深受鼓舞,重新振作起来,甚至在他双目失明时,仍以极大的毅力完成了《两种新科学的对话》,在这本书中他扼要重述了过去所进行的试验和就力学原理所进行的思辨。

伽利略的这本最后的著作是非常有创新意识的,他那一系列成功的科学实验为后来牛顿经典力学的建立奠定了基础,也对近代科学方法论的创立发挥了重大作用,从而推动了近代自然科学和唯物主义世界观的发展。1638年,在远离罗马天主教会势力的荷兰,这本书出版了,可伽利略已经看不到这本书了,这一年他双目失明,但宗教法庭不准他出外就医。1642年1月8日,伽利略因病逝世。

名人逸闻——两个铁球同时落地

为了推翻亚里士多德传统物理学的错误论点,伽利略在比萨斜塔上作了一次载入史册的试验。1591年的一天,他和一名助手拿着10磅和1磅重的两个铁球登上了斜塔。伽利略站在斜塔最高层,两手同时松开,这两个轻重悬殊的铁球果然同时落地。他又做了一次实验,结果还是相同。在场观看的人们都十分惊讶,但当时的教授们认为是伽利略在铁球里施了魔术,不足为证。

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