伽利略:執(zhí)著追求真理的學者

內容概要

偉大的科學巨星——伽利略
伽利略奧．伽利略（Galileo Galilei,1564 - 1642）是意大利文藝復興后期偉大的天文學家、物理學家、力學家和哲學家，也是近代實驗物理學的開拓者。他是為維護真理而進行不屈不撓的戰(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，對數學也頗有造詣。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，進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，他進入比薩大學學醫(yī)，同時潛心鉆研物理學和數學。由于家庭經濟困難，伽利略沒有拿到畢業(yè)證書，便離開了比薩大學。在艱苦的環(huán)境下，他仍堅持科學研究，攻讀了歐幾里德和阿基米德的許多著作，做了許多實驗，并發(fā)表了許多有影響的論文，從而受到了當時學術界的高度重視，被譽為“當代的阿基米德”。
伽利略在25歲時被比薩大學的數學教授。兩年后，伽利略因為著名的比薩斜塔實驗，觸怒了教會，失去這份工作。伽利略離開比薩大學后，于1592年去威尼斯的帕多瓦大學任教，一直到1610年。這一段時期是伽利略從事科學研究的黃金時期。在這里，他在力學、天文學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，轟動了當時的歐洲，也為伽利略贏得了崇高的榮譽。伽利略被聘為“宮廷哲學家”和“宮廷首席數學家”，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)進行科學研究，但是他的天文學發(fā)現以及他的天文學著作明顯的體現出了哥白尼日心說的觀點。因此，伽利略開始受到教會的注意。1616年開始，伽利略開始受到羅馬宗教裁判所長達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研究工作。
1642年1月8日，凌晨4時，偉大的伽利略——為科學、為真理奮斗一生的戰(zhàn)士，科學巨人離開了人世，享年78歲。在他離開人世的前夕，他還重復著這樣一句話：“追求科學需要特殊的勇氣?！?br />二．伽利略和他的科學發(fā)現
古希臘在物理學說方面有兩大學派，一派以哲學家亞里士多德為代表，另一派則以自然科學家阿基米德為代表。兩人皆是古代希臘蓍名的學者，但由于兩人的觀點和方法不同，其科學結論也就各異，并形成了鮮明的對立。亞里士多德學派的觀點基本是唯心的，他是憑主觀思考和純推理方法作結論的，所以是充斥著謬誤。而阿基米德學派的觀點基本是唯物的，他完全依靠靠科學實踐方法得出結論。
然而從11世紀起，在基督教會的扶持下，亞里士多德的著作得到了經院哲學家的重視，他們排斥阿基米德的物理學，把亞里士多德的物理學奉為經典，凡違反亞里士多德物理學的學者均被視為“異端邪說”。但伽利略卻對亞里士多德的物理學抱懷疑態(tài)度，相反他特別重視對阿基米德物理學的研究，他重視理論聯系實際，注意觀察各種自然現象，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明燈被風吹得一左一右有規(guī)律地擺動，他按自己脈博的跳動來計時，發(fā)現它們往復運動的時間總是相等的。就這樣他發(fā)現了擺的等時性，后來荷蘭物理學家惠更斯根據這個原理制成掛擺時鐘，人們稱之為"伽利略鐘"。
伽利略根據阿基米德的學說，作了迅速確定合金成分的流體靜力天平的研究，發(fā)明了可以測定物質密度的"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，于1588年發(fā)表了《固體的重心》的論文，引起學術界的注意。第二年，在友人的推薦下，被比薩大學聘任為數學教授。
亞里士多德認為兩個物體以同一高度落下，重的比輕的先著地。但伽利略經過反復的研究與實驗后，得出了與之截然相反的結論：物體下落的快慢與重量無關。1590年，伽利略在比薩斜塔公開作了落體實驗，驗證了亞里士多德的說法是錯誤的，使統(tǒng)治人們思想長達2000多年的亞里士多德的學說第一次發(fā)生動搖。而應邀前來觀看的一些著名學者卻否認自己親眼見到的一切，他們群起攻擊伽利略。1591年，伽利略被比薩解聘。
從科學史上看，伽利略并不是落體實驗的首創(chuàng)者，其首創(chuàng)者是比利時的斯臺文。但伽利略的比薩斜塔實驗所造成的影響卻是更為深遠的。
1592年，伽利略來到威尼斯的帕多瓦大學任教，開始了他科學活動的黃金時期。在這一時期，他研究了大量的物理學問題，如斜面運動、力的合成、拋射體運動等。他還對液體與熱學作了研究，發(fā)明了溫度計。1609年，伽利略制成了天文望遠鏡，并用這臺望遠鏡去探索宇宙的奧秘，他發(fā)現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，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。銀河是由于千千萬萬顆暗淡的星星所組成。這些發(fā)現為哥白尼、布魯諾的觀點提供了有力的證據。對教會的信條進行了嚴厲的打擊。
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象，宣傳了他的觀點。這部著作在歐洲引起了極大的轟動，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說是正確的，托勒密學說是錯誤的。由此伽利略觸怒了教會，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)科學研究，在長期觀察和研究天體運動的實踐中，他更加堅信哥白尼學說的正確性。1632年1月，伽利略在佛羅倫薩出版了《關于托勒密和哥白尼的兩大世界體系的對話》。他在書中用三位學者對話的形式，作了四天的談話。討論了三個問題：1、證明地球在運動；2、充實哥白尼學說；3、地球的潮汐?！秾υ挕房偨Y了伽利略長期科研實踐中的各種科學發(fā)現，宣告了托勒密地心說理論的破產，從根本上動搖了教會的最高權威，從而推動了唯物論思想的發(fā)展。這部著作一經出版便受到廣大讀者的歡迎。但卻遭到了羅馬教會的反對。伽利略因此而受到了長期的監(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《關于兩種新科學的對話》。該書于1638年在荷蘭出版。這部偉大著作同樣是以三人對話形式寫的?！暗谝惶臁笔顷P于固體材料強度的問題，反駁了亞里士多德關于落體的速度依賴于其重量的觀點；“第二天”是關于內聚作用的原因，討論了杠桿原理的證明及梁的強度問題；“第三天”討論了勻速運動和自然加速運動；"第四天"是關于拋射體運動的討論。這一巨著從根本上否定的亞里士多德的運動學說。
三．伽利略的科學研究方法
伽利略對物理規(guī)律的論證非常嚴格。他創(chuàng)立了對物理理象進行實驗研究并把實驗的方法與數學方法、邏輯論證相結合的科學研究方法。例如，為了說明慣性，他曾設計一個無摩擦的理想實驗：在一定點O懸掛一單擺，將擺球拉到離豎直位置一定距離的左側A點，釋放小球，小球將擺到豎直位置的右側B點，此時A點與B點處于同一高度。若在O的正下方C用釘子改變單擺的運動路線，小球將擺到與A、B兩點同樣高度的D。伽利略指出，對于斜面會得出同樣的結論。他將兩個斜面對接起來，讓小球沿一個斜面從靜止?jié)L下，小球將滾上另一斜面。如果無摩擦，小球將上升到原來的高度。他推論說，如果減小第二個斜面的傾角，小球在這個斜面達到原來的高度就要通過更長的距離。繼續(xù)使第二個斜面的傾角越來越小，小球將合滾得越來越遠。如果第二個斜面改成水平面，小球就永遠達不到原來的高度，而要沿水平面以恒定速度持續(xù)運動下去。伽利略設計的實驗雖是想象中的，但卻是建立在可靠的事實的基礎上。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，易于認識其規(guī)律。伽利略的這一自然科學新方法，有力地促進物理學的發(fā)展，他因此被譽為是“經典物理學的奠基人”。
四．伽利略在科學史上的地位
伽利略的科學發(fā)現，不僅在物理學史上而且在整個科學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誤觀點，更創(chuàng)立了研究自然科學的新方法。
伽利略在總結自己的科學研究方法時說過，“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，他導出了單擺的周期公式和向心加速度的數學表達式。牛頓在系統(tǒng)地總結了伽利略、惠更斯等人的工作后，得到了萬有引力定律和牛頓運動三定律。伽利略留給后人的精神財富是寶貴的。愛因斯坦曾這樣評價：“伽利略的發(fā)現，以及他所用的科學推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正的開端！”。

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