伽利略1564年生于比(bi)薩。
伽(jia)利略自幼(you)受(shou)父(fu)親(qin)的影響(xiang),對音樂、詩(shi)歌、繪(hui)畫以及機械興趣(qu)極濃(nong);也像他(ta)父(fu)親(qin)一(yi)樣,不(bu)(bu)迷(mi)信(xin)權威。17歲時遵從父(fu)命進比薩大學學醫(yi),可(ke)是對醫(yi)學他(ta)感(gan)到枯燥(zao)無味,而在課外聽著名學者O.里(li)(li)奇講歐幾里(li)(li)得幾何學和阿基(ji)米德靜(jing)力學,感(gan)到濃(nong)厚興趣(qu)。伽(jia)利略孜孜不(bu)(bu)倦地學習數(shu)學、物(wu)理學等自然科學,并(bing)且(qie)以懷疑(yi)的眼光看待那些自古以來(lai)被人(ren)們奉為(wei)經(jing)典的學說。
1583年(nian),伽利略(lve)在比薩教(jiao)堂(tang)里注意到一盞懸燈的擺(bai)動,隨后用(yong)線懸銅球作模擬(單擺(bai))實驗,確(que)證了微小擺(bai)動的等時性以及擺(bai)長對(dui)周期的影響,由此創制出脈搏計用(yong)來測量短時間(jian)間(jian)隔(ge)。
1587年他(ta)帶著關(guan)于(yu)固體重心計算法的(de)論文(wen)到(dao)羅馬大(da)學(xue)求見著名數學(xue)家和歷法家C.克拉(la)維烏斯教授,大(da)受稱贊和鼓勵。克拉(la)維烏斯回贈他(ta)羅馬大(da)學(xue)教授P.瓦拉(la)的(de)邏輯學(xue)講(jiang)義與自然哲學(xue)講(jiang)義,這對于(yu)他(ta)以后(hou)的(de)工(gong)作(zuo)大(da)有幫助。
1588年他(ta)在佛羅倫薩研(yan)究(jiu)院做了(le)關(guan)于(yu)但(dan)丁《神(shen)曲(qu)》中煉獄圖形構想的學(xue)術(shu)演講,其文(wen)學(xue)與數學(xue)才華(hua)大受人們贊(zan)揚。次(ci)年發表了(le)關(guan)于(yu)幾種固體重心計算法的論文(wen),其中包括(kuo)若干靜力學(xue)新定理。由于(yu)有這(zhe)些成就,當年比薩大學(xue)便聘請他(ta)任教,第二(er)年發現(xian)了(le)擺線。
當時(shi)比(bi)薩大學(xue)(xue)教材均為亞里士(shi)多德學(xue)(xue)派(pai)的(de)學(xue)(xue)者所撰,書中充斥著神學(xue)(xue)與形而上學(xue)(xue)的(de)教條。伽利略(lve)經常發(fa)表辛辣的(de)反對意見,由此受(shou)到(dao)校內(nei)該學(xue)(xue)派(pai)的(de)歧(qi)視和排(pai)擠。
伽利(li)略(lve)生活的時代,正是(shi)歐洲(zhou)歷史上著名的文藝復(fu)興(xing)時代,意大利(li)是(shi)文藝復(fu)興(xing)的發(fa)源(yuan)地(di)。許多大城市如(ru)佛羅倫(lun)薩、熱那亞(ya)和(he)威尼(ni)斯,發(fa)展成東西(xi)方(fang)貿(mao)易(yi)的中心(xin),建起(qi)了商號、手工作坊和(he)最早(zao)的銀行,出現(xian)了資(zi)本(ben)主義生產關系的萌芽,貿(mao)易(yi)往來發(fa)達。印刷術的普及,使(shi)新(xin)思想的傳(chuan)播比(bi)以往任何時候(hou)都更加迅速,人們(men)對(dui)千百年來束縛思想的宗教神學和(he)傳(chuan)統教條開(kai)始產生動(dong)搖。
1592年伽利(li)略轉(zhuan)到(dao)帕多瓦大學(xue)(xue)任教(jiao)。帕多瓦屬(shu)于(yu)威(wei)尼斯公國(guo),遠(yuan)離(li)羅馬,不受教(jiao)廷直接控制(zhi),學(xue)(xue)術(shu)思想比較自由。在此(ci)良好氣氛(fen)中(zhong),他經(jing)常參加校內(nei)外各(ge)種(zhong)學(xue)(xue)術(shu)文化活動,與具有各(ge)種(zhong)思想觀點的(de)同事(shi)論辯。此(ci)時(shi)他一(yi)面(mian)吸取前(qian)輩(bei)如N.塔爾塔利(li)亞、G.貝內(nei)代蒂、F.科(ke)門迪諾等人的(de)數學(xue)(xue)與力學(xue)(xue)研究成果,一(yi)面(mian)經(jing)常考察工廠、作(zuo)坊、礦(kuang)井(jing)和各(ge)項(xiang)軍用民用工程,廣(guang)泛結交各(ge)行各(ge)業的(de)技(ji)術(shu)員工,幫他們解決(jue)技(ji)術(shu)難(nan)題,從中(zhong)吸取生產技(ji)術(shu)知(zhi)識和各(ge)種(zhong)新經(jing)驗(yan),并(bing)得(de)到(dao)啟發。
在此時期,他深入而系統地研究了落體運(yun)動、拋射(she)體運(yun)動、靜力學、水力學以及一些土木建筑和軍(jun)事建筑等;發(fa)現了慣性原理,研制(zhi)了溫度計和望遠(yuan)鏡。
1597年,他收(shou)到開(kai)普勒贈閱的《神秘的宇宙》一(yi)書,開(kai)始相信日(ri)心說(shuo),承(cheng)認地球有公轉和自(zi)轉兩種運動。但(dan)這時他對(dui)柏(bo)拉(la)圖的圓(yuan)運動最自(zi)然最完(wan)善的思想印象太深,以(yi)致對(dui)開(kai)普勒的行星橢(tuo)圓(yuan)軌道理論不(bu)感興趣。
1604年(nian)天空(kong)出(chu)現超新星,亮(liang)光持續18個(ge)月之(zhi)久。他便(bian)趁(chen)機在威尼(ni)斯作幾次科普(pu)演講,宣傳哥白(bai)尼(ni)學說(shuo)。由于講得精采動聽(ting),聽(ting)眾逐次增多(duo),最后達(da)千余人。
1609年(nian)7月(yue)(yue)(yue),盛傳一(yi)荷蘭眼鏡(jing)工(gong)人(ren)發明了供人(ren)玩賞(shang)的(de)(de)(de)(de)望(wang)遠(yuan)鏡(jing)。他未見到實物,思考幾日后(hou)(hou),用(yong)(yong)風琴(qin)管和凸凹透(tou)鏡(jing)各(ge)一(yi)片制成(cheng)一(yi)具望(wang)遠(yuan)鏡(jing),倍率(lv)(lv)為3,后(hou)(hou)又提(ti)高(gao)到9。他邀請威尼(ni)斯參議員到塔樓頂層(ceng)用(yong)(yong)望(wang)遠(yuan)鏡(jing)觀(guan)看遠(yuan)景(jing),觀(guan)者(zhe)無不(bu)(bu)驚喜(xi)萬分。參議院(yuan)隨(sui)后(hou)(hou)決定(ding)其(qi)為帕多(duo)(duo)瓦大(da)學的(de)(de)(de)(de)終身教授。1610年(nian)初(chu),他又將望(wang)遠(yuan)鏡(jing)放大(da)率(lv)(lv)提(ti)高(gao)到33,用(yong)(yong)來觀(guan)察日月(yue)(yue)(yue)星(xing)(xing)辰,新(xin)發現甚多(duo)(duo),如月(yue)(yue)(yue)球表(biao)面高(gao)低不(bu)(bu)平,月(yue)(yue)(yue)球與其(qi)他行星(xing)(xing)所發的(de)(de)(de)(de)光(guang)都是(shi)(shi)太陽的(de)(de)(de)(de)反射(she)光(guang),木星(xing)(xing)有4顆衛(wei)星(xing)(xing),銀河原是(shi)(shi)無數(shu)發光(guang)體的(de)(de)(de)(de)總匯,土星(xing)(xing)有多(duo)(duo)變(bian)的(de)(de)(de)(de)橢圓(yuan)外(wai)形等等,開辟了天文學的(de)(de)(de)(de)新(xin)天地。是(shi)(shi)年(nian)3月(yue)(yue)(yue),出版了他的(de)(de)(de)(de)《星(xing)(xing)空信使(shi)》一(yi)書,震撼全歐。隨(sui)后(hou)(hou)又發現金星(xing)(xing)盈(ying)虧(kui)與大(da)小變(bian)化,這(zhe)對(dui)日心說是(shi)(shi)一(yi)強有力(li)的(de)(de)(de)(de)支持。
伽利略日后回顧在帕多瓦的18年時(shi)(shi),認為這(zhe)是(shi)他一生中(zhong)工作(zuo)最開展、精神最舒暢的時(shi)(shi)期。事實上,這(zhe)也是(shi)他一生中(zhong)學術成就最多的時(shi)(shi)期。
20年來伽(jia)利略(lve)在物理(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)和天文學(xue)(xue)(xue)(xue)研究(jiu)(jiu)上的(de)(de)豐碩成果,激起(qi)了(le)他(ta)學(xue)(xue)(xue)(xue)術(shu)上的(de)(de)更大企求。為了(le)取得充裕時間致(zhi)力于(yu)科學(xue)(xue)(xue)(xue)研究(jiu)(jiu),1610年春,他(ta)辭(ci)去大學(xue)(xue)(xue)(xue)教職,接受(shou)托斯卡納(na)公國大公聘請,擔任宮(gong)廷首席(xi)數學(xue)(xue)(xue)(xue)家(jia)和哲學(xue)(xue)(xue)(xue)家(jia)的(de)(de)閑(xian)職與比薩大學(xue)(xue)(xue)(xue)首席(xi)數學(xue)(xue)(xue)(xue)教授的(de)(de)榮譽(yu)職位。
為了使科學免受教會(hui)干預,伽利(li)略曾多次(ci)去羅(luo)馬活(huo)動(dong)。1611年他(ta)第二次(ci)去羅(luo)馬,目(mu)的(de)在(zai)于贏得宗教、政治與學術(shu)界認可他(ta)在(zai)天文學上(shang)的(de)發(fa)現。他(ta)在(zai)羅(luo)馬受到包(bao)括教皇保羅(luo)五世(shi)和若(ruo)干高級主(zhu)教在(zai)內的(de)上(shang)層人物的(de)熱情接(jie)待,并被林賽(sai)研究院(yuan)接(jie)納為院(yuan)士。當時耶穌會(hui)的(de)神父(fu)們承認他(ta)的(de)觀測(ce)事實(shi),只是不(bu)同意他(ta)的(de)解(jie)釋。這(zhe)年5月,在(zai)羅(luo)馬大學的(de)大會(hui)上(shang),幾(ji)個高職位(wei)的(de)神父(fu)公開宣布了伽利(li)略的(de)天文學成就。
同年(nian)(nian),他觀(guan)察到太(tai)陽(yang)(yang)(yang)(yang)黑子及其運(yun)動,對比黑子的(de)運(yun)動規(gui)律和圓運(yun)動的(de)投影原理(li),論(lun)(lun)證了(le)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)(yang)黑子是在太(tai)陽(yang)(yang)(yang)(yang)表面上;他還發現了(le)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)(yang)有自轉。1613年(nian)(nian)他發表了(le)3篇討論(lun)(lun)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)(yang)黑子問題(ti)的(de)通信稿。另外,1612年(nian)(nian)他又出版(ban)了(le)《水中(zhong)浮體(ti)對話集(ji)》一書。
1615年(nian)(nian),一詭詐的(de)教士(shi)集(ji)團和教會中(zhong)許多(duo)與伽(jia)利(li)略敵對(dui)的(de)人聯合(he)攻(gong)擊伽(jia)利(li)略為(wei)哥白(bai)尼(ni)學說辯護(hu)的(de)論點(dian),控告他(ta)(ta)(ta)違反基督教義。他(ta)(ta)(ta)聞訊后,于是年(nian)(nian)冬(dong)第三次去羅馬,力圖挽回(hui)自(zi)己的(de)聲譽,企求教廷(ting)不因自(zi)己保持哥白(bai)尼(ni)觀(guan)點(dian)而受到懲處,也不公開壓制他(ta)(ta)(ta)宣傳哥白(bai)尼(ni)學說,教廷(ting)默(mo)認了(le)(le)前一要(yao)求,但拒絕(jue)了(le)(le)后者。教皇保羅五(wu)世(shi)在1616年(nian)(nian)下達(da)了(le)(le)著名的(de)“1616年(nian)(nian)禁令”,禁止他(ta)(ta)(ta)以口頭的(de)或(huo)文字的(de)形式保持、傳授(shou)或(huo)捍衛日心說。
1624年,他(ta)第(di)四次(ci)去羅馬,希望故友新任教(jiao)(jiao)(jiao)皇烏爾邦八世能夠(gou)同(tong)情(qing)并理解他(ta)的(de)(de)意(yi)愿,以維護新興科學(xue)的(de)(de)生機。他(ta)先(xian)后謁見6次(ci),力圖說(shuo)(shuo)明日心說(shuo)(shuo)可以與基(ji)督(du)教(jiao)(jiao)(jiao)教(jiao)(jiao)(jiao)義相協調,說(shuo)(shuo)“圣經(jing)是(shi)教(jiao)(jiao)(jiao)人如何進(jin)天國,而不是(shi)教(jiao)(jiao)(jiao)人知道天體是(shi)如何運(yun)轉的(de)(de)”;并且(qie)試圖以此說(shuo)(shuo)服一(yi)些大主教(jiao)(jiao)(jiao),但毫(hao)無效果(guo)。烏爾邦八世堅(jian)持“1616年禁令(ling)”不變;只允(yun)許(xu)他(ta)寫一(yi)部同(tong)時介紹日心說(shuo)(shuo)和地心說(shuo)(shuo)的(de)(de)書,但對兩種學(xue)說(shuo)(shuo)的(de)(de)態度不得有所(suo)偏倚,而且(qie)都要寫成數學(xue)假設性的(de)(de)。在這(zhe)辛(xin)勤奔(ben)波的(de)(de)一(yi)年里,他(ta)研制成了一(yi)臺顯微鏡,“可將蒼蠅放大成母雞一(yi)般。”
此后6年(nian)間,他撰寫(xie)了《關于托(tuo)勒密和哥白尼兩大(da)世(shi)界(jie)體系對話》一書(shu)。1630年(nian)他第5次到羅馬(ma),取(qu)得了此書(shu)的“出版許可證”。此書(shu)終于在1632年(nian)出版了。此書(shu)在表面(mian)上保持中立,但實際上卻為哥白尼體系辯護(hu),并(bing)多處對教皇和主教隱含(han)嘲諷,遠遠超出了僅以數(shu)學(xue)假(jia)設進行討論的范圍。全(quan)書(shu)筆調詼諧,在意大(da)利文(wen)(wen)學(xue)史上列(lie)為文(wen)(wen)學(xue)名著。
《對(dui)話(hua)》出(chu)(chu)版后6個月,羅(luo)馬(ma)(ma)教(jiao)(jiao)(jiao)廷便勒令停止(zhi)出(chu)(chu)售,認為作者公(gong)然違(wei)背“1616年禁令”,問題嚴(yan)重,亟待審查。原來有(you)人在(zai)教(jiao)(jiao)(jiao)皇(huang)(huang)(huang)烏爾(er)邦八世面前挑撥說伽(jia)利(li)(li)略在(zai)《對(dui)話(hua)》中,借頭腦簡單、思(si)想守(shou)舊(jiu)的辛普利(li)(li)邱(qiu)之口以(yi)教(jiao)(jiao)(jiao)皇(huang)(huang)(huang)慣(guan)用辭句,發表了一些(xie)可笑的錯誤(wu)言論,使他(ta)大(da)為震(zhen)怒。曾支持他(ta)當上教(jiao)(jiao)(jiao)皇(huang)(huang)(huang)的集(ji)團(tuan)激烈(lie)地主張(zhang)要嚴(yan)懲(cheng)伽(jia)利(li)(li)略,而神圣羅(luo)馬(ma)(ma)帝國(guo)和西班牙王國(guo)認為如縱容伽(jia)利(li)(li)略會對(dui)各國(guo)國(guo)內(nei)的異端思(si)想產生重大(da)影響(xiang),提出(chu)(chu)聯合(he)警告。在(zai)這些(xie)內(nei)外壓力和挑撥下,教(jiao)(jiao)(jiao)皇(huang)(huang)(huang)便不顧舊(jiu)交,于這年秋發出(chu)(chu)要伽(jia)利(li)(li)略到(dao)羅(luo)馬(ma)(ma)宗(zong)教(jiao)(jiao)(jiao)裁判所受審的指(zhi)令。
年近(jin)七(qi)旬而又體弱(ruo)多(duo)病(bing)(bing)的(de)伽利略被(bei)迫(po)在(zai)寒冬季節抱病(bing)(bing)前往羅馬,在(zai)嚴刑威(wei)脅(xie)下被(bei)審訊了三次(ci),根本不(bu)容申(shen)辯。幾經(jing)折磨,終于在(zai)1633年6月22日在(zai)圣瑪麗亞修女院的(de)大廳上由10名(ming)樞機主(zhu)教聯席宣(xuan)判(pan),主(zhu)要罪(zui)名(ming)是違背“1616年禁(jin)令”和圣經(jing)教義。伽利略被(bei)迫(po)跪在(zai)冰冷(leng)的(de)石板地上,在(zai)教廷已寫(xie)好的(de)“悔過書(shu)”上簽字。主(zhu)審官宣(xuan)布:判(pan)處伽利略終身監(jian)禁(jin);《對話》必(bi)須焚絕,并且禁(jin)止出版或重印他的(de)其他著作。此(ci)判(pan)決書(shu)立即通報整個天(tian)主(zhu)教世界,凡是設有大學的(de)城市均須聚眾宣(xuan)讀,借此(ci)以一(yi)儆百。
伽利略(lve)既是勤奮的(de)(de)科學家(jia),又是虔誠的(de)(de)天主教(jiao)徒,深(shen)信科學家(jia)的(de)(de)任務是探(tan)索(suo)自(zi)然(ran)規律,而教(jiao)會的(de)(de)職能是管理人們的(de)(de)靈魂,不(bu)應互相侵犯。所以他受審之(zhi)前不(bu)想逃脫,受審之(zhi)時也(ye)不(bu)公(gong)開反抗,而是始終服從教(jiao)廷(ting)的(de)(de)處置(zhi)。他認(ren)為教(jiao)廷(ting)在神學范(fan)圍之(zhi)外行使權力極不(bu)明智,但只能私下(xia)有所不(bu)滿。顯(xian)然(ran),布魯諾的(de)(de)被(bei)處火刑和T.康帕內(nei)拉的(de)(de)被(bei)長(chang)期(qi)打入死牢,這兩位意大利杰(jie)出的(de)(de)哲學家(jia)的(de)(de)遭遇(yu),給他精(jing)神上(shang)投下(xia)了可怕(pa)的(de)(de)陰影(ying)。
宗教裁判所的(de)(de)(de)(de)判決隨(sui)后又改為在(zai)家軟禁,指(zhi)定由(you)他(ta)(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)學(xue)(xue)生和(he)故友A.皮(pi)柯羅米(mi)尼(ni)大(da)主(zhu)教在(zai)錫(xi)耶納的(de)(de)(de)(de)私宅中看(kan)管他(ta)(ta)(ta),規定禁止會客(ke),每天書寫(xie)材料(liao)均需上繳等。在(zai)皮(pi)柯羅米(mi)尼(ni)的(de)(de)(de)(de)精(jing)心(xin)護理和(he)鼓勵下(xia),伽(jia)利(li)略重行振作(zuo)起來,接受(shou)皮(pi)柯羅米(mi)尼(ni)的(de)(de)(de)(de)建議繼續研究無爭議的(de)(de)(de)(de)物(wu)理學(xue)(xue)問題(ti)。于是他(ta)(ta)(ta)仍用《對話(hua)》中的(de)(de)(de)(de)三個對話(hua)人物(wu),以(yi)對話(hua)體(ti)裁,和(he)較樸素的(de)(de)(de)(de)文(wen)筆(bi),將他(ta)(ta)(ta)最成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)熟的(de)(de)(de)(de)科(ke)學(xue)(xue)思想和(he)科(ke)研成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)果撰寫(xie)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)《關于兩(liang)門新(xin)(xin)科(ke)學(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)對話(hua)與數學(xue)(xue)證明對話(hua)集》。兩(liang)門新(xin)(xin)科(ke)學(xue)(xue)是指(zhi)材料(liao)力學(xue)(xue)(見彈性力學(xue)(xue))和(he)動力學(xue)(xue)。這(zhe)部書稿1636年(nian)就已(yi)完成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng),由(you)于教會禁止出版(ban)他(ta)(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)任何著作(zuo),他(ta)(ta)(ta)只好(hao)托一位(wei)威尼(ni)斯(si)友人秘密攜(xie)出國境,1638年(nian)在(zai)荷蘭萊頓出版(ban)。
伽利略(lve)在皮柯(ke)羅(luo)(luo)米尼(ni)家中剛過(guo)了5個(ge)月(yue),便有人寫匿名信向教廷控告皮柯(ke)羅(luo)(luo)米尼(ni)厚待(dai)伽利略(lve)。教廷乃勒(le)令伽利略(lve)于當年(nian)12月(yue)遷(qian)往佛羅(luo)(luo)倫薩附(fu)近的(de)阿切特里的(de)故居(ju),由(you)他(ta)的(de)大女兒維姬尼(ni)亞照(zhao)料,禁例依舊。她對父(fu)親(qin)照(zhao)料妥貼(tie),但(dan)4個(ge)月(yue)后竟先于父(fu)親(qin)病故。
伽(jia)利略多次要求外(wai)出治病,均未獲準(zhun)。1637年雙(shuang)目失明。次年才獲準(zhun)住在其子家(jia)中。在這(zhe)期間探望除托斯(si)卡納大公外(wai),還有英(ying)國(guo)著(zhu)名(ming)詩人、政論家(jia)J.彌爾頓和法國(guo)科學(xue)家(jia)、哲學(xue)家(jia)P.伽(jia)桑(sang)迪。他的(de)學(xue)生(sheng)和老友B.卡斯(si)泰里還和他討論過利用(yong)木衛星計算地面經度的(de)問題。這(zhe)時(shi)教廷對(dui)他的(de)限制和監(jian)視已明顯放松了。
1639年(nian)(nian)夏,伽利(li)略獲(huo)準接受聰慧好學(xue)的(de)18歲青年(nian)(nian)V.維維亞尼為他(ta)(ta)的(de)最(zui)后(hou)一名學(xue)生,并可在他(ta)(ta)身(shen)邊照(zhao)料,這(zhe)(zhe)位青年(nian)(nian)使他(ta)(ta)非常(chang)滿意。1641年(nian)(nian)10月卡斯泰里(li)又(you)介(jie)紹自己的(de)學(xue)生和過(guo)去的(de)秘書E.托(tuo)里(li)拆利(li)前(qian)(qian)往陪(pei)伴。他(ta)(ta)們和這(zhe)(zhe)位雙目失明的(de)老科(ke)學(xue)家(jia)共同討(tao)論(lun)如(ru)何應(ying)用擺的(de)等時性設計機械鐘,還討(tao)論(lun)過(guo)碰撞理論(lun)、月球的(de)天平動、大氣(qi)壓(ya)下礦井水柱高度等問題,因此,直到臨終前(qian)(qian)他(ta)(ta)仍(reng)在從事科(ke)學(xue)研究。
伽利略于(yu)1642年(nian)(nian)(nian)1月8日病逝,葬儀草率(lv)簡陋,直到(dao)下(xia)一世紀,遺(yi)骨才遷到(dao)家(jia)鄉的大教堂。為了紀念(nian)伽利略發明折射式望遠(yuan)鏡400周年(nian)(nian)(nian),聯(lian)合(he)國(guo)將2009年(nian)(nian)(nian)定為國(guo)際天文(wen)年(nian)(nian)(nian)。
伽(jia)利(li)略主要(yao)著作有《星際使者》《關(guan)于太陽黑子(zi)的書信》《關(guan)于托勒密和哥白(bai)尼兩大世界體系的對話(hua)(hua)》《關(guan)于兩門新科學(xue)的談話(hua)(hua)和數學(xue)證明》和《試(shi)驗者》。
伽利略是第(di)一(yi)(yi)個把實(shi)驗(yan)引進力(li)(li)(li)學(xue)(xue)的(de)(de)(de)科學(xue)(xue)家,他(ta)利用實(shi)驗(yan)和數(shu)(shu)學(xue)(xue)相(xiang)結合的(de)(de)(de)方法確定了(le)一(yi)(yi)些重要的(de)(de)(de)力(li)(li)(li)學(xue)(xue)定律。1582年(nian)前后,他(ta)經過(guo)長(chang)久的(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)觀(guan)察和數(shu)(shu)學(xue)(xue)推算,得(de)到(dao)了(le)擺的(de)(de)(de)等時(shi)性定律,接著在1585年(nian)因(yin)家庭經濟困難輟學(xue)(xue)。離開比薩大學(xue)(xue)期間,他(ta)深(shen)入研(yan)究(jiu)古希臘學(xue)(xue)者歐幾里(li)得(de),阿基米德等人的(de)(de)(de)著作。他(ta)根據杠桿原理和浮力(li)(li)(li)原理寫出(chu)了(le)第(di)一(yi)(yi)篇題為(wei)《天(tian)平(ping)》的(de)(de)(de)論文。不久又(you)寫了(le)論文《論重力(li)(li)(li)》,第(di)一(yi)(yi)次揭示了(le)重力(li)(li)(li)和重心的(de)(de)(de)實(shi)質并給出(chu)準確的(de)(de)(de)數(shu)(shu)學(xue)(xue)表達式,因(yin)此聲名大振。與此同時(shi),他(ta)對亞(ya)里(li)士多(duo)德的(de)(de)(de)許多(duo)觀(guan)點提出(chu)質疑。
在(zai)(zai)歷(li)史上(shang)伽(jia)利(li)(li)略是(shi)最早對動(dong)力學(xue)作(zuo)了(le)(le)定(ding)量研究的(de)(de)(de)人(ren)。1589—1591年(nian),他對物(wu)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)自由下落(luo)(luo)(luo)運(yun)動(dong)作(zuo)了(le)(le)細致的(de)(de)(de)觀察,從實驗和(he)理(li)論上(shang)否定(ding)了(le)(le)統(tong)治兩千(qian)年(nian)的(de)(de)(de)亞(ya)里(li)(li)士(shi)多德的(de)(de)(de)落(luo)(luo)(luo)體(ti)(ti)運(yun)動(dong)觀點(重(zhong)(zhong)物(wu)比(bi)輕物(wu)下落(luo)(luo)(luo)快),指出如(ru)忽略空氣阻力,重(zhong)(zhong)量不同的(de)(de)(de)物(wu)體(ti)(ti)在(zai)(zai)下落(luo)(luo)(luo)時(shi)(shi)同時(shi)(shi)落(luo)(luo)(luo)地,物(wu)體(ti)(ti)下落(luo)(luo)(luo)的(de)(de)(de)速度和(he)它(ta)的(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)量無(wu)關(guan)。根據伽(jia)利(li)(li)略晚年(nian)的(de)(de)(de)學(xue)生V.維維亞(ya)尼的(de)(de)(de)記(ji)(ji)載,落(luo)(luo)(luo)體(ti)(ti)實驗是(shi)在(zai)(zai)比(bi)薩(sa)斜(xie)塔上(shang)進行(xing)的(de)(de)(de),但這(zhe)件事(shi)在(zai)(zai)伽(jia)利(li)(li)略著作(zuo)中沒有記(ji)(ji)錄(lu),因而較普(pu)遍認為(wei)此事(shi)不可靠(kao)。有歷(li)史記(ji)(ji)載的(de)(de)(de)第一(yi)(yi)個完成這(zhe)類試(shi)驗的(de)(de)(de)人(ren)是(shi)斯(si)(si)臺文,在(zai)(zai)《自然科(ke)學(xue)史》中記(ji)(ji)載,荷蘭人(ren)斯(si)(si)臺文在(zai)(zai)1586年(nian)使用2個重(zhong)(zhong)量不同的(de)(de)(de)鉛(qian)球(qiu)完成了(le)(le)這(zhe)個試(shi)驗,并證(zheng)明(ming)了(le)(le)亞(ya)里(li)(li)士(shi)多德的(de)(de)(de)理(li)論是(shi)錯誤的(de)(de)(de)。在(zai)(zai)斯(si)(si)臺文試(shi)驗的(de)(de)(de)幾個世紀以后,阿波羅15號的(de)(de)(de)宇航(hang)員(yuan)大衛·斯(si)(si)科(ke)特(te)1971年(nian)8月2日在(zai)(zai)無(wu)空氣月球(qiu)表面(mian)上(shang)使用一(yi)(yi)把錘(chui)子和(he)一(yi)(yi)根羽毛(mao)重(zhong)(zhong)復了(le)(le)這(zhe)個試(shi)驗,證(zheng)明(ming)且(qie)讓地球(qiu)上(shang)的(de)(de)(de)電視觀眾(zhong)親眼看到了(le)(le)兩個物(wu)體(ti)(ti)同時(shi)(shi)掉落(luo)(luo)(luo)在(zai)(zai)月球(qiu)表面(mian)上(shang)。
伽利(li)(li)略(lve)對運(yun)動(dong)基(ji)本概(gai)念,包括重心、速(su)度、加(jia)速(su)度等都作了(le)(le)詳盡研究(jiu)并給出(chu)了(le)(le)嚴格的(de)數學(xue)(xue)表達式(shi)。尤其是(shi)加(jia)速(su)度概(gai)念的(de)提(ti)出(chu),在(zai)(zai)(zai)力(li)(li)(li)學(xue)(xue)史上(shang)(shang)是(shi)一(yi)個里程碑(bei)。有了(le)(le)加(jia)速(su)度的(de)概(gai)念,力(li)(li)(li)學(xue)(xue)中的(de)動(dong)力(li)(li)(li)學(xue)(xue)部(bu)分(fen)才能建(jian)立(li)在(zai)(zai)(zai)科學(xue)(xue)基(ji)礎(chu)之上(shang)(shang),而(er)(er)在(zai)(zai)(zai)伽利(li)(li)略(lve)之前,只有靜力(li)(li)(li)學(xue)(xue)部(bu)分(fen)有定量的(de)描述(shu)。伽利(li)(li)略(lve)還(huan)(huan)對物體(ti)在(zai)(zai)(zai)斜面上(shang)(shang)的(de)運(yun)動(dong),拋(pao)射體(ti)的(de)運(yun)動(dong)等作過實驗和觀察。在(zai)(zai)(zai)這(zhe)(zhe)些研究(jiu)基(ji)礎(chu)上(shang)(shang)他提(ti)出(chu)了(le)(le)加(jia)速(su)度的(de)概(gai)念及其數學(xue)(xue)表達式(shi)。他曾非(fei)正式(shi)地提(ti)出(chu)慣(guan)性(xing)(xing)(xing)定律和物體(ti)在(zai)(zai)(zai)外(wai)力(li)(li)(li)作用下運(yun)動(dong)的(de)規(gui)律,提(ti)出(chu)運(yun)動(dong)相(xiang)(xiang)對性(xing)(xing)(xing)原理(li)(現稱(cheng)(cheng)伽利(li)(li)略(lve)相(xiang)(xiang)對性(xing)(xing)(xing))。相(xiang)(xiang)對性(xing)(xing)(xing)原理(li)是(shi)為答復對哥白尼體(ti)系(xi)(xi)的(de)責(ze)難而(er)(er)提(ti)出(chu)的(de),但(dan)原理(li)的(de)意義(yi)遠不止于此,它第一(yi)次提(ti)出(chu)慣(guan)性(xing)(xing)(xing)參考(kao)系(xi)(xi)(慣(guan)性(xing)(xing)(xing)系(xi)(xi))的(de)概(gai)念,被愛因斯(si)坦(tan)稱(cheng)(cheng)為伽利(li)(li)略(lve)相(xiang)(xiang)對性(xing)(xing)(xing)原理(li),是(shi)狹義(yi)相(xiang)(xiang)對論的(de)先導。這(zhe)(zhe)些為牛(niu)(niu)頓正式(shi)提(ti)出(chu)運(yun)動(dong)第一(yi)、第二定律奠定了(le)(le)基(ji)礎(chu)。伽利(li)(li)略(lve)還(huan)(huan)提(ti)出(chu)過合力(li)(li)(li)定律,拋(pao)射體(ti)運(yun)動(dong)規(gui)律。在(zai)(zai)(zai)經(jing)典力(li)(li)(li)學(xue)(xue)的(de)建(jian)立(li)上(shang)(shang)伽利(li)(li)略(lve)可以說是(shi)牛(niu)(niu)頓的(de)先驅(qu)。
伽利略對擺(bai)(bai)(bai)的(de)(de)運動作過長期的(de)(de)觀察(cha)和研究。在后(hou)來的(de)(de)研究中指出單擺(bai)(bai)(bai)的(de)(de)周期和擺(bai)(bai)(bai)長度的(de)(de)平方根(gen)成(cheng)正比。這一規律為后(hou)來計時(shi)機構(擺(bai)(bai)(bai)鐘)的(de)(de)設(she)計提供了根(gen)據。1641年,已失(shi)明的(de)(de)他,讓兒(er)子(zi)為他繪制了擺(bai)(bai)(bai)鐘設(she)計圖(tu)。
伽(jia)利(li)略(lve)在(zai)(zai)力(li)學方(fang)(fang)(fang)(fang)面(mian)的(de)(de)(de)(de)貢獻是多方(fang)(fang)(fang)(fang)面(mian)的(de)(de)(de)(de)。這在(zai)(zai)他(ta)晚年寫(xie)(xie)出(chu)的(de)(de)(de)(de)力(li)學著作《關于兩(liang)門新科學的(de)(de)(de)(de)談話和數學證明(ming)》中(zhong)有詳細(xi)的(de)(de)(de)(de)描述。在(zai)(zai)這本(ben)不(bu)朽著作中(zhong),除動(dong)力(li)學外,還有不(bu)少(shao)關于材料力(li)學的(de)(de)(de)(de)內容(rong)。例(li)(li)如,他(ta)闡述了關于梁(liang)的(de)(de)(de)(de)彎曲試(shi)驗和理(li)論(lun)分析,正確地斷定梁(liang)的(de)(de)(de)(de)抗彎能(neng)力(li)和幾何尺(chi)寸(cun)的(de)(de)(de)(de)力(li)學相似(si)關系(xi)(xi)。他(ta)指出(chu),對(dui)長度相似(si)的(de)(de)(de)(de)圓柱形(xing)梁(liang),抗彎力(li)矩和半(ban)徑立方(fang)(fang)(fang)(fang)成(cheng)比(bi)例(li)(li)。他(ta)還分析過受(shou)集中(zhong)載荷的(de)(de)(de)(de)簡支梁(liang),正確指出(chu)最大(da)(da)彎矩在(zai)(zai)載荷下,且與它(ta)到兩(liang)支點的(de)(de)(de)(de)距離之積成(cheng)比(bi)例(li)(li)。伽(jia)利(li)略(lve)還對(dui)梁(liang)彎曲理(li)論(lun)用(yong)于實踐所應(ying)注(zhu)意的(de)(de)(de)(de)問(wen)題進行了分析,指出(chu)工程結構的(de)(de)(de)(de)尺(chi)寸(cun)不(bu)能(neng)過大(da)(da),因為它(ta)們會(hui)在(zai)(zai)自身(shen)重量作用(yong)下發生破壞。他(ta)根(gen)據實驗得出(chu),動(dong)物形(xing)體尺(chi)寸(cun)減(jian)小時,軀(qu)體的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度并不(bu)按(an)比(bi)例(li)(li)減(jian)小。他(ta)還把這種(zhong)關系(xi)(xi)用(yong)來說明(ming)為什么(me)體格(ge)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)動(dong)物在(zai)(zai)負擔(dan)自身(shen)重量方(fang)(fang)(fang)(fang)面(mian)不(bu)如體格(ge)小的(de)(de)(de)(de)動(dong)物,寫(xie)(xie)道:“一只小狗(gou)也許可以在(zai)(zai)它(ta)的(de)(de)(de)(de)背(bei)上馱兩(liang)三只小狗(gou),但我相信一匹(pi)馬(ma)也許連(lian)一匹(pi)和它(ta)同樣大(da)(da)小的(de)(de)(de)(de)馬(ma)也馱不(bu)起。”
伽(jia)利略在(zai)被(bei)監禁(jin)期間(jian)把(ba)他在(zai)力(li)學方(fang)面的成就(jiu)用三人談(tan)話(hua)的形式寫成《兩(liang)門新科學的談(tan)話(hua)》一書(1638年出(chu)版)。
伽(jia)利(li)(li)(li)略(lve)(lve)是利(li)(li)(li)用望(wang)遠(yuan)(yuan)(yuan)鏡觀測天(tian)體(ti)取(qu)得(de)大量成(cheng)果的(de)(de)(de)(de)第(di)一位科學(xue)家。1609年,伽(jia)利(li)(li)(li)略(lve)(lve)在知道荷蘭人(ren)已(yi)有了(le)(le)望(wang)遠(yuan)(yuan)(yuan)鏡后,伽(jia)利(li)(li)(li)略(lve)(lve)創制(zhi)了(le)(le)天(tian)文(wen)望(wang)遠(yuan)(yuan)(yuan)鏡(后被(bei)稱(cheng)為伽(jia)利(li)(li)(li)略(lve)(lve)望(wang)遠(yuan)(yuan)(yuan)鏡),并(bing)用來觀測天(tian)體(ti),發現(xian)許多前所(suo)未(wei)知的(de)(de)(de)(de)天(tian)文(wen)現(xian)象(xiang)。他發現(xian)所(suo)見恒星的(de)(de)(de)(de)數目(mu)隨著望(wang)遠(yuan)(yuan)(yuan)鏡倍率的(de)(de)(de)(de)增(zeng)大而增(zeng)加;銀河是由無數單個(ge)的(de)(de)(de)(de)恒星組成(cheng)的(de)(de)(de)(de);月(yue)球(qiu)表面有崎嶇(qu)不平的(de)(de)(de)(de)現(xian)象(xiang)(親手繪制(zhi)了(le)(le)第(di)一幅月(yue)面圖(tu)),金(jin)星的(de)(de)(de)(de)盈虧現(xian)象(xiang);木星有四個(ge)衛(wei)星(其實(shi)是眾多木衛(wei)中的(de)(de)(de)(de)最大的(de)(de)(de)(de)四個(ge),現(xian)稱(cheng)伽(jia)利(li)(li)(li)略(lve)(lve)衛(wei)星)。他還發現(xian)太陽黑(hei)子,并(bing)且認為黑(hei)子是日面上(shang)的(de)(de)(de)(de)現(xian)象(xiang)。由黑(hei)子在日面上(shang)的(de)(de)(de)(de)自轉周期,他得(de)出太陽的(de)(de)(de)(de)自轉周期為28天(tian)(實(shi)際上(shang)是27.35天(tian))。1637年在目(mu)力很差情況(kuang)下,他還發現(xian)了(le)(le)月(yue)亮的(de)(de)(de)(de)周日和周月(yue)天(tian)平動。這些(xie)發現(xian)開辟了(le)(le)天(tian)文(wen)學(xue)的(de)(de)(de)(de)新時代。
伽(jia)利略第一(yi)個用望遠鏡(jing)觀察(cha)到土星(xing)(xing)光(guang)環、太陽黑子、月球山嶺、金(jin)(jin)星(xing)(xing)和(he)水星(xing)(xing)的(de)(de)(de)盈虧現象、木星(xing)(xing)的(de)(de)(de)衛星(xing)(xing)和(he)金(jin)(jin)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)周相等現象,并從實(shi)驗中總結出(chu)自由(you)落體定(ding)律(lv)、慣性(xing)定(ding)律(lv)和(he)伽(jia)利略相對性(xing)原(yuan)理(li)等。從而(er)推翻了亞里士多德(de)物理(li)學的(de)(de)(de)許(xu)多臆斷,奠(dian)定(ding)了經典(dian)力學的(de)(de)(de)基(ji)礎,反駁了托勒密的(de)(de)(de)地心體系(xi),有力地支持(chi)了哥白尼的(de)(de)(de)日心學說。
這(zhe)一(yi)系(xi)列(lie)(lie)天文(wen)發(fa)現(xian)轟動(dong)了(le)(le)當時(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)歐洲,伽利(li)(li)略(lve)(lve)(lve)(lve)在介紹他(ta)新(xin)(xin)發(fa)現(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)兩(liang)(liang)本書(shu)《星際(ji)使者》(1610)和(he)《關于太陽黑子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)書(shu)信》(1613)中,都主張哥(ge)(ge)白(bai)(bai)尼(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)日心說(shuo)(shuo)。伽利(li)(li)略(lve)(lve)(lve)(lve)以(yi)觀測到(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)事實,推動(dong)了(le)(le)哥(ge)(ge)白(bai)(bai)尼(ni)學說(shuo)(shuo)的(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)播。當時(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)意大利(li)(li)仍(reng)處于教會的(de)(de)(de)(de)(de)嚴酷統治之下,許(xu)多(duo)人(ren)不肯承認同《圣經(jing)》和(he)亞里士多(duo)德著(zhu)作相(xiang)違背的(de)(de)(de)(de)(de)新(xin)(xin)思想、新(xin)(xin)事物(wu)。1613年(nian),哥(ge)(ge)白(bai)(bai)尼(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)《天體運行論》被宗教法庭列(lie)(lie)為(wei)禁(jin)(jin)書(shu),伽利(li)(li)略(lve)(lve)(lve)(lve)也受(shou)(shou)到(dao)警告(gao),要他(ta)放棄(qi)哥(ge)(ge)白(bai)(bai)尼(ni)學說(shuo)(shuo)。伽利(li)(li)略(lve)(lve)(lve)(lve)沒有(you)接受(shou)(shou)警告(gao),繼續寫作,1632年(nian)他(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)《兩(liang)(liang)大世界體系(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)對(dui)話》出版,激怒了(le)(le)教會。宗教法庭把伽利(li)(li)略(lve)(lve)(lve)(lve)傳(chuan)到(dao)法庭,并宣判他(ta)有(you)罪,并責令他(ta)懺悔,放棄(qi)自己(ji)證(zheng)明了(le)(le)的(de)(de)(de)(de)(de)學說(shuo)(shuo),禁(jin)(jin)止《對(dui)話》流傳(chuan)。1633年(nian)被判處終生監禁(jin)(jin),指定(ding)居住(zhu)于佛羅倫薩(sa)效區。他(ta)在生命的(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)后幾年(nian)里仍(reng)努(nu)力(li)研究。1634年(nian)寫成(cheng)一(yi)本力(li)學著(zhu)作——《關于兩(liang)(liang)門新(xin)(xin)科學的(de)(de)(de)(de)(de)談話和(he)數(shu)學證(zheng)明》。
無論在(zai)動力學、梁(liang)的(de)(de)(de)彎曲或者(zhe)是天文學的(de)(de)(de)研(yan)究中(zhong),伽(jia)利略十分重視(shi)觀察和實(shi)驗(yan)的(de)(de)(de)作用(yong)。他(ta)又善(shan)于(yu)在(zai)觀測結果的(de)(de)(de)基礎上提(ti)出假設,運(yun)用(yong)數(shu)(shu)(shu)學工具進(jin)行(xing)演繹推(tui)(tui)理(li)(li),看是否符合于(yu)實(shi)驗(yan)或觀察結果。如在(zai)自由(you)落(luo)體的(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)中(zhong),他(ta)讓水滴(di)相(xiang)(xiang)繼地(di)從同處下(xia)落(luo),每兩(liang)滴(di)時(shi)(shi)間間隔相(xiang)(xiang)同。他(ta)觀察到(dao)任何(he)時(shi)(shi)刻(ke)相(xiang)(xiang)繼兩(liang)滴(di)間的(de)(de)(de)距離成等差(cha)級數(shu)(shu)(shu)。他(ta)運(yun)用(yong)數(shu)(shu)(shu)學中(zhong)的(de)(de)(de)拋(pao)(pao)物線性質,得出下(xia)落(luo)距離和時(shi)(shi)間成平方關系。值得注意的(de)(de)(de)是,他(ta)對理(li)(li)論推(tui)(tui)導也很嚴謹。盡管拋(pao)(pao)物線的(de)(de)(de)性質早在(zai)古希臘那里已有了解,現存的(de)(de)(de)伽(jia)利略手稿(gao)表明(ming),他(ta)把拋(pao)(pao)物線的(de)(de)(de)公(gong)式又從頭推(tui)(tui)算(suan)了一遍。
實驗和觀(guan)測(ce)要精確,就離不開測(ce)量儀器(qi)。伽利略往往親自設計(ji)制造(zao)儀器(qi)。除了(le)上述望遠鏡外,他設計(ji)和制造(zao)的(de)儀器(qi)有流體靜力秤、比例規、溫度(du)計(ji)、擺式脈搏計(ji)等(deng)。
從伽(jia)利略開(kai)始(shi)的科(ke)(ke)學(xue)研究中(zhong),首先在力學(xue)的研究中(zhong),科(ke)(ke)學(xue)實驗被放到重要的地(di)位。從伽(jia)利略開(kai)始(shi)的實驗科(ke)(ke)學(xue),是近代自然科(ke)(ke)學(xue)的開(kai)始(shi)。伽(jia)利略的主要著(zhu)作(zuo)有:《關于兩大世界體系的對話》(1632)和《關于兩門新(xin)科(ke)(ke)學(xue)的對話》(1638)。
伽利略一生(sheng)堅持(chi)與(yu)教會的(de)(de)(de)經院(yuan)哲學作斗(dou)爭,主張用具體的(de)(de)(de)實驗來認(ren)(ren)識自然規律,認(ren)(ren)為(wei)實驗是(shi)理論知識的(de)(de)(de)源泉(quan)。他(ta)不(bu)承認(ren)(ren)世界(jie)上有(you)(you)絕(jue)對真理和掌(zhang)握(wo)真理的(de)(de)(de)絕(jue)對權威,反(fan)對迷信(xin)盲(mang)從。他(ta)承認(ren)(ren)物(wu)(wu)質的(de)(de)(de)客(ke)觀性(xing)、多(duo)樣性(xing)和宇宙的(de)(de)(de)無限性(xing),這些觀點(dian)對現(xian)(xian)代哲學具有(you)(you)重要的(de)(de)(de)意義(yi)。但由于(yu)歷史的(de)(de)(de)局限性(xing),他(ta)強調只(zhi)有(you)(you)可歸(gui)納為(wei)數量特征的(de)(de)(de)物(wu)(wu)質屬(shu)性(xing)才是(shi)客(ke)觀存在的(de)(de)(de)。伽利略因(yin)為(wei)支持(chi)日心(xin)說受到監禁后,“放棄”了日心(xin)說。他(ta)說,“考(kao)慮到種種阻礙,兩點(dian)之間最(zui)短的(de)(de)(de)不(bu)一定是(shi)直線”,這一觀點(dian)非常具有(you)(you)現(xian)(xian)代性(xing)。正是(shi)因(yin)為(wei)有(you)(you)這樣的(de)(de)(de)思想,暫時的(de)(de)(de)放棄換得永遠的(de)(de)(de)支持(chi),沒有(you)(you)遭到布魯諾的(de)(de)(de)命運(yun),卻可以為(wei)科(ke)學繼續(xu)貢獻(xian)力量。