伽利略背后的故事
伽利略(Galileo Galilei,1564-02-15-1642-01-08)。意大利數(shù)學家、物理學家、天文學家,科學革命的先驅(qū)[1] 。伽利略發(fā)明了擺針和溫度計,在科學上為人類作出過巨大貢獻,是近代實驗科學的奠基人之一。歷史上他首先在科學實驗的基礎上融匯貫通了數(shù)學、物理學和天文學三門知識,擴大、加深并改變了人類對物質(zhì)運動和宇宙的認識 。
伽利略從實驗中總結(jié)出自由落體定律、慣性定律和伽利略相對性原理等。從而推翻了亞里士多德物理學的許多臆斷,奠定了經(jīng)典力學的基礎,反駁了托勒密的地心體系,有力地支持了哥白尼的日心學說。他以系統(tǒng)的實驗和觀察推翻了純屬思辨?zhèn)鹘y(tǒng)的自然觀,開創(chuàng)了以實驗事實為根據(jù)并具有嚴密邏輯體系的近代科學。因此被譽為“近代力學之父”、“現(xiàn)代科學之父”。其工作為牛頓的理論體系的建立奠定了基礎 。
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伽利略背后的故事:實驗物理學的奠基人
1590年,在馳名遐邇的比薩斜塔上,進行了一次重要的科學實驗:兩個重量分別為1磅和10磅的鐵球從塔頂同時下落,居然又同時到達地面。這項實驗推翻了亞里士多德的經(jīng)典性結(jié)論,即如果把兩件東西從空中扔下,必定是重的先落地,輕的后落地。同時證明了實驗者伽利略所提出的自由落體定律的正確性。
伽利略是偉大的意大利物理學家和天文學家,科學革命的先驅(qū)。歷史上他首先在科學實驗的基礎上融會貫通了數(shù)學、物理學和天文學三門知識,擴大、加深并改變了人類對物質(zhì)運動和宇宙的認識。為了證實和傳播哥白尼的日心說,伽利略獻出了畢生精力。由此,他晚年受到教會迫害,并被終身監(jiān)禁。他以系統(tǒng)的實驗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,開創(chuàng)了以實驗事實為根據(jù)并具有嚴密邏輯體系的近代科學。因此,他被稱為“近代科學之父”。他的工作,為牛頓的理論體系的建立奠定了基礎。
伽利略1564年生于意大利北部佛羅倫薩一個貴族的家庭。他在科學上的創(chuàng)造才能,在青年時代就顯示出來了。當他還是比薩大學醫(yī)科學生時,就發(fā)明了能測量脈博速率的擺式計時裝置。后來,他的興趣轉(zhuǎn)向了數(shù)學和物理學,26歲就擔任了比薩大學的數(shù)學教授。由于他在科學上的獨創(chuàng)精神,不久就跟擁護亞里士多德傳統(tǒng)觀點的人們發(fā)生了沖突,遭到對手們的排擠,不得不在1591年辭去比薩大學的職務,轉(zhuǎn)而到威尼斯的帕多瓦大學任教。
伽利略很早就相信哥白尼的理論,但只有當他發(fā)現(xiàn)了證據(jù)來支持這一學說時,才公開表示支持。他用意大利文寫有關(guān)哥白尼理論的文章,并且他的觀點很快就廣泛地得到大學界之外的支持。這惹怒了亞里士多德派的教授們,他們聯(lián)合起來反對他,并極力說服天主教會禁止哥白尼主義。
伽利略為此而擔心,他趕到羅馬去向天主教權(quán)威當面申訴。他爭辯道,《圣經(jīng)》并未試圖告訴我們?nèi)魏侮P(guān)于科學理論的東西,通常都是假定,當《圣經(jīng)》和常識發(fā)生矛盾時,就成為比喻。但是教會害怕這丑聞可能傷害它對新教徒的斗爭,所以采取了鎮(zhèn)壓的手段。1616年,教會宣布哥白尼主義是“虛偽的、錯誤的”,并命令伽利略不準再“保衛(wèi)或堅持”這一學說。伽利略勉強接受了。
1623年,伽利略的一位長期朋友成為教皇。伽利略立即試圖為1616年的判決翻案。他失敗了,他設法獲得了準許,在兩個前提下寫一本敘述亞里士多德派和哥白尼派理論的書:他不能有傾向,同時要得出結(jié)論,表明人類在任何情況下都無法決定世界是如何運行的,因為上帝會以人類不能想象的方法來達到同樣的效果,而人類不能限制上帝的萬能。
這本題為《關(guān)于兩個主要世界體系的對話》的書,于1632年在檢查官的全面支持下完成并出版了,并且立刻被全歐洲歡呼為文學和哲學的杰作。不久教皇就意識到,人們把這本書看作是確認哥白尼主義的論證,后悔允許該書出版。教皇指出,雖有檢查官正式批準出版該書,但伽利略依然違背了1616年的禁令。他把伽利略帶到宗教法庭面前,宣布他終身軟禁,并命令他公開放棄哥白尼主義。伽利略又第二次被迫從命。
伽利略始終是一個忠實的天主教徒,但是他對科學獨立的信仰從來未被動搖過。1642年,即他逝世前4年,當他仍然被軟禁時,他第二本主要著作的手稿被私下交給了一個荷蘭的出版商。正是這本被稱為《兩種新科學》的書,甚至比支持哥白尼更進一步成為現(xiàn)代物理學的起源。在這本書中,伽利略首先研究了慣性運動和落體運動的規(guī)律,為牛頓第一定律和第二定律的研究鋪平了道路。他堅持“自然科學書籍要用數(shù)學來寫”的觀點,倡導實驗和理論計算相結(jié)合,用實驗檢驗理論的推導。這種研究方法對以后的科學研究工作具有重大的指導意義。
伽利略背后的故事:痛苦的妥協(xié)
伽利略生活的年代,正是歐洲各國資本主義興起,黑暗的“中世紀臨近尾聲的時期。從羅馬帝國繼承下來的天主教會,對當時的歐洲國家政權(quán)仍然起著很大的控制作用,宗教法庭可以隨意逮捕、審判、拷打乃至處死所謂的“不敬神者”。在當時,文學、藝術(shù)、科學和哲學都被置于神學婢女的可悲境地,人們只能依據(jù)《圣經(jīng)》和教會所支持的幾種學說,來解釋一切事物和現(xiàn)象,誰要膽敢越雷池一步,就要被當作異端,受到宗教裁判所的迫害。
但是為了使“日心說”能夠得到更大范圍的認可,伽利略仍然積極進行宣傳,他試圖邀請巴都亞大學的亞里士多德派的學者們,親自用望遠鏡進行天體觀測,不料,卻遭到了拒絕。他們非但不承認可觀測的事實,反而變本加厲地對伽利略及他的望遠鏡進行惡毒的攻擊。他們罵伽利略是個“騙子”,稱他看天用的管子,是根“魔管”。還有一個天文學家竟說:“人有七竅,天有七政,即日月水火土金木,木星怎么會有衛(wèi)星存在呢?”“假如像伽利略說的那樣,要增加星的數(shù)目,那不是全部系統(tǒng)都要垮臺了嗎?”面對這些無知的惡意攻擊,伽利略并沒有被嚇倒,反而堅定了他把自己的新發(fā)現(xiàn)寫成文章,公之于世的信心。后來,伽利略又通過觀測發(fā)現(xiàn)了太陽黑子,并根據(jù)黑子在太陽表面位置不斷變化探明了太陽的自轉(zhuǎn)。伽利略越來越相信“日心說”的正確,逐漸成了哥白尼學說的忠實擁護者和宣傳者。
“太陽中心說”可以說是對宗教教義一個徹底的否定,它直搗教會的致命之處。因此,為了消除伽利略對宗教教義的“褻瀆”,1633年2月,宗教裁判所再次把伽利略召到羅馬。這時伽利略已年近70,身體虛弱多病。教廷竟對這樣一位老人進行了長達數(shù)月之久的審訊和折磨,強迫他承認“錯誤”,并作出如下荒謬的判決:
“為了處分你這樣嚴重和有害的錯誤與罪過,以及為使你今后更加審慎并給其他人做個榜樣,我們宣布,用公開的命令禁止伽利略《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》一書;判處暫時把你關(guān)入監(jiān)獄內(nèi)。”
從此,伽利略失去了人身自由。來探望他的朋友和親人都苦勸其認罪,他的女兒舍勒斯特也寫了許多信哀求他悔罪。迫于各方面的壓力,伽利略的內(nèi)心經(jīng)過一番激烈而痛苦的掙扎,當他又一次被帶到宗教法庭接受審訊時,他無奈地宣布放棄自己的主張。 ? ?
在這種情況之下,伽利略作出妥協(xié)和讓步,算得上是一個明智之舉,因為在當時,他只有兩條路可走,要么妥協(xié),要么被捆在宗教裁判所的火刑柱上。而如果伽利略作了后一種選擇的話,那么人類知識寶庫至少失去《關(guān)于兩種新科學對話集》和《對話》附篇這兩部巨著。因此,對于一個被長達數(shù)月折磨的虛弱老人來說,伽利略此時的讓步,既是出于身心的無可奈何,也是一種斗爭的藝術(shù),留得青山在,不怕沒柴燒。
然而對于伽利略本人來說,雖然部分地擺脫了肉體的痛苦,但更難忍受的是精神重壓。一個把追求真理當做自己終身信條的偉大學者,在謬誤面前做出妥協(xié)、讓步,這種精神方面的痛苦、內(nèi)疚更勝于肉體的痛苦。因為他知道,作為支持哥白尼學說的一面旗幟,他的倒下,影響的不僅僅是自己的信仰和研究工作,也勢必會影響到公眾對“日心說”的看法,影響到“日心說”的繼續(xù)傳播和發(fā)展,從而影響人類對于整個宇宙的研究和探索。在伽利略看來,這是對真理的褻瀆,是對科學的犯罪,是不可容忍的。這種沉重的負罪心情一直折磨著他,使他寢食不安,原來就十分憔悴的身體,變得愈來愈虛弱。
盡管伽利略違心地做了妥協(xié),盡管他從此不得不放棄天文學研究做了宗教裁判所的囚犯,但他的科學研究活動卻一刻未曾間斷,只是把研究方向轉(zhuǎn)向了力學。然而,女兒的逝世和自己雙目失明的不幸又接踵而至。可是,就在這樣困難的情況下,伽利略仍堅持完成了《關(guān)于兩種新科學對話集》這本物理著作的寫作,大膽地敘述了物體的各種問題。直到去世前夕,伽利略躺在病床上仍在進行機械設計和指導學生進行擺的研究工作,并把用擺來調(diào)整時鐘運行的想法,口述給了他的學生析利,并經(jīng)析利整理后作為《對話》的附篇發(fā)表了。
強權(quán)改變不了真理,真理終究會戰(zhàn)勝謬誤。隨著時間的推移,歷史為伽利略作出了公正的判決。
警世箴言
生命有如鐵砧,愈被敲打,愈能發(fā)出火花。
真理就是具備這樣的力量,你越是想要攻擊它,你的攻擊就愈加充實了和證明了它。
一語識人
伽利略的發(fā)現(xiàn),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開端。
——愛因斯坦