科學之父伽利略的生平
伽利略·伽利萊意大利物理學家、數學家、天文學家及哲學家,科學革命中的重要人物。其成就包括改進望遠鏡和其所帶來的天文觀測,以及支持哥白尼的日心說。伽利略被譽為“現代觀測天文學之父” 、“現代物理學之父” 、“科學之父” 及“現代科學之父”。下面是學習啦小編為你整理的科學之父伽利略的生平,希望對你有用!
伽利略的生平
1564年2月15日,伽利略·伽利雷出生在意大利西海岸比薩城一個破落的貴族之家。據說他的祖先是佛羅倫薩很有名望的醫生,但是到了他的父親伽利略·凡山杜這一代,家境日漸敗落。凡山杜是個很有才華的作曲家,生前出版過幾本牧歌和器樂作品,他的數學也很好,精通希臘文和拉丁文,但是美妙的音樂不能填飽一家人的肚皮,他的數學才能也不能給他謀到一個好職位。大約在小伽利略出生不久,凡山杜在離比薩城不遠的佛羅倫薩開了一間賣毛織品的小鋪子,這完全是不得已的辦法。但是為了維持一家人的生活,凡山杜只好違背自己的意愿去經商。
小伽利略是凡山杜的長子,父親對兒子寄予很大希望。他發現,小伽利略非常聰明,從小對什么事物都充滿強烈的好奇心,不僅如此,這個孩子心靈手巧,他似乎永遠閑不住,不是畫圖畫,就是彈琴,而且時常給弟弟妹妹做許多靈巧的機動玩具,玩得十分開心。
小伽利略最初進了佛倫勃羅薩修道院的學校。在這所學校,他專心學習哲學和宗教,有段時間,小伽利略很想將來當一個獻身教會的傳教士。但是凡山杜聽到這個情況后,立即把兒子帶回家,他勸說伽利略去學醫,這是他為兒子的未來早已設計好的一條路。
17歲那年,伽利略進了著名的比薩大學,按照父親的意愿,他當了醫科學生。比薩大學是所古老的大學,學校圖書館藏書豐富,這很合伽利略的心意,但是伽利略對醫學并沒有多大興趣,他很少上課,一上課就對教授們教課的內容提出這樣那樣的疑問,使教授們難于回答,在教授們的眼里,伽利略是個很不招人喜歡的壞學生。不過,伽利略只是興趣不在醫學,他孜孜不倦地學習數學、物理學等自然科學,并且以懷疑的眼光看待那些自古以來被人們奉為經典的學說。
要知道,伽利略生活的時代,正是歐洲歷史上著名的文藝復興時代,而意大利又是文藝復興的發源地。當時,意大利的許多大城市,如佛羅倫薩、熱那亞和威尼斯,發展成東西方貿易的中心,建起了商號、手工作坊和最早的銀行,出現了資本主義生產關系的萌芽。加上貿易往來的發達,印刷術的發明,新思想的傳播比以往任何時候都更加迅速。于是,人們對千百年來束縛思想的宗教神學和傳統教條開始產生了動搖。
一個偶然的機會,伽利略聽了宮廷數學家瑪竇·利奇的講課。這位青年數學家淵博的學識,嚴密的邏輯性,特別是他在證明數學難題時的求證方法,使伽利略深深著迷。他眼睛亮了,仿佛發現了一個神奇無比的世界,這就是他夢寐以求的數學王國!他興奮極了,立即找到宮廷數學家瑪竇·利奇,向他提出了許多百思不得其解的問題。
瑪竇·利奇原是跟隨托斯坎尼大公爵從佛羅倫薩來到比薩的,他給宮廷里的侍童講數學,沒有想到會有一個熱心的聽眾,而且他提出的問題非常有趣,充分顯示出超群的智慧和深厚的學識功底。
當瑪竇·利奇聽說伽利略是比薩大學醫科學生時,不禁脫口而出:“啊,伽利略,你有天才,你會成為一個杰出的數學家的。”
伽利略的臉紅了,他談到自己對醫學的厭倦,談到父親對他的期望,也傾訴了自己因為不能按照自己的意愿學習的苦惱。
“別泄氣。”瑪竇·利奇和藹地說:“你努力自學吧,有什么困難,任何時候我都是你忠誠的朋友。”
聽了瑪竇·利奇的鼓勵,伽利略越發刻苦鉆研數學和物理學,他把從宮廷數學家那里借來的每一本書,都用心地閱讀,像海綿吸水一樣地吸收下來。但是,他并不是那種迷信書本的人,那些人們認為是真理的權威結論,在伽利略的腦子里常常帶來意想不到的疑問,他常常為此而感到苦惱,陷入深深的思索之中。
有一次,伽利略信步來到他熟悉的比薩大教堂,他坐在一張長凳上,目光凝視著那雕刻精美的祭壇和拱形的廊柱,驀地,教堂大廳中央的巨燈晃動起來,是修理房屋的工人在那里安裝吊燈。
這本來是件很平常的事,吊燈像鐘擺一樣晃動,在空中劃出看不見的圓弧。可是,伽利略卻像觸了電一樣,目不轉睛地跟蹤著擺動的吊燈,同時,他用右手按著左腕的脈,計算著吊燈擺動一次脈搏跳動的次數,以此計算吊燈擺動的時間。
這樣計算的結果,伽利略發現了一個秘密,這就是吊燈擺一次的時間,不管圓弧大小,總是一樣的。一開始,吊燈擺得很厲害,漸漸地,它慢了下來,可是,每擺動一次,脈搏跳動的次數是一樣的。
伽利略的腦子里翻騰開了,他想,書本上明明寫著這樣的結論,擺經過一個短弧要比經過長弧快些,這是古希臘哲學家亞里士多德的說法,誰也沒有懷疑過。難道是自己的眼睛出了毛病,還是怎么回事。
他像發了狂似的跑回大學宿舍,關起門來重復做這個試驗。他找了不同長度的繩子、鐵鏈,還有不知從哪里搞到的鐵球、木球。在房頂上,在窗外的樹枝上,著迷地一次又一次重復,用沙漏記下擺動的時間。最后,伽利略不得不大膽地得出這樣的結論:亞里士多德的結論是錯誤的,決定擺動周期的,是繩子的長度,和它末端的物體重量沒有關系。而且,相同長度的擺繩,振動的周期是一樣的。這,就是伽利略發現的擺的運動規律。
伽利略不用說多么高興了。可是在當時,有誰會相信一個醫科大學生的科學發現,何況他的結論是否定了大名鼎鼎的亞里士多德的權威說法。
就在這時,凡山杜的鋪子里越來越不景氣,聽說伽利略并沒有按照自己的意愿學習醫學,而是成天迷戀著不相干的實驗,于是,嚴厲的父親決定停止伽利略繼續上大學,讓他回家去當一個店員。
伽利略灰心極了,他離開了比薩大學回到佛羅倫薩。但是他選擇的道路卻是不可動搖的。
佛羅倫薩一條不太熱鬧的街道,有一個門面不大、生意清淡的鋪子,這就是凡山杜開的毛織品商店。每天,當匆匆過往的行人經過這里時,總是可以看見紅頭發的伽利略呆呆地坐在柜臺前出神,或者旁若無人的在那里擺弄著一些莫名其妙的東西,像秤盤呀,鐵塊呀,盤子呀;而更多的時候,他是埋頭在書本里,他看得那樣專心,就連他的父親大聲叫喚都聽不見。
自從回到家里,伽利略不得不違背自己的意愿在父親的鋪子里當一名店員,但是他的心里一時一刻也沒有忘記數學和物理學。沒有起碼的學習條件,也沒有老師可以求教,他就想方設法找到一些自然科學的書籍,以頑強的毅力刻苦自學。他最喜歡的書是歐幾里得的《幾何原理》和阿基米德的著作。
《幾何原理》是世界上流傳下來最早的幾何學著作,而希臘科學家阿基米德的著作,包含了豐富的數學與力學知識,特別是其中的一些物理實驗,對伽利略有很大的吸引力。
談起實驗,伽利略的興趣最濃。還在比薩大學時,他就動手制作了一種
“脈搏計”,這是他根據擺的運動規律設計的,可以用來測量病人的脈搏跳動的情況,很受醫生的歡迎。現在,在父親的鋪子里,談不上實驗的條件,但他仍然用一些日常的器具來做實驗,盡管這樣做免不了又要挨父親的罵,他還是照干不誤。
他從阿基米德檢驗國王皇冠的實驗中受到啟發,一面重復這個實驗,一面想到這種方法的用途。當時歐洲各國的航海事業正在興起,航海業帶動了造船業和機械制造,采礦、冶金的發展,反過來又向科學技術提出許多新的問題。伽利略于是把他的注意力轉向合金的物理和力學性質的研究,不久,他通過測定物體在水中的重量發現,物體投入水中減輕的重量,剛好等于它排開的水的重量。在這個重大發現的基礎上,伽利略發明了一種比重秤,可以很方便地測定各種合金的比重。他還寫了一篇論文,詳細地介紹了比重秤的構造原理和使用方法。這件事,很快就在佛羅倫薩和其他城市傳開了。
1589年夏天,在佛羅倫薩的店鋪里度過了4年自學生活的伽利略,由于得到宮廷數學家瑪竇·利奇的鼓勵,特別是貴族蓋特保圖侯爵的推薦,他終于獲得了比薩大學數學和科學教授的職位。這時,他只有25歲。
現在,伽利略可以不必為生活發愁了,雖然工資不高,但是他可以在完成日常教學之外,專心從事他向往的科學研究。就在這不久,伽利略進行了本文一開頭介紹的自由落體實驗,他在比薩斜塔上扔下的鐵球,不僅證明了不同重量的物體由同一高度下落時速度是相同的,更重要的是,這個大膽的結論推翻了亞里士多德的權威結論。在那些思想保守、頭腦僵化的人眼里,這個舉動無異于挖了他們的祖墳,亞里士多德的信徒們與伽利略開始勢不兩立了。在比薩大學呆了一個學期,伽利略又失去了職位。原因是他得罪了一個大公爵的親戚喬范尼。這個喬范尼是個不學無術的人,他聲稱發明了一臺挖泥船,假惺惺地跑來征求伽利略的意見。當伽利略仔細觀察了挖泥船的模型后,直言不諱地告訴他,設計不合科學原理,根本不能使用。喬范尼碰了一鼻子灰,不但不接受伽利略的意見,反而固執地堅持下水實驗,結果船沉了。事實證明伽利略的判斷是完全正確的,但惱怒的喬范尼反而遷怒于伽利略,散布流言蜚語,攻擊他是“陰險的人”。那些早就心懷不滿的亞里士多德的信徒,乘機對他大肆攻擊,一時間鬧得滿城風雨。在這種氣氛中,伽利略無法在比薩大學呆下去了。
伽利略再一次求助于蓋特保圖侯爵。這位珍惜人才的貴族再一次伸出友誼的手,他運用自己的影響,把伽利略推薦給帕多瓦大學,帕多瓦是意大利北部一個學術空氣濃厚的小城,距離美麗的海濱城市威尼斯不遠,屬于威尼斯共和國管轄。1592年,28歲的伽利略被任命為帕多瓦大學的數學、科學和天文學教授。
從此,伽利略迎來了一生中的黃金時代。
之后, 伽利略在佛羅倫薩的宮廷里繼續進行科學研究,但是他的天文學發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。
伽利略的晚年生活非常悲慘,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。”
伽利略的重要貢獻
可分下列三個方面:
①力學
伽利略是第一個把實驗引進力學的科學家,他利用實驗和數學相結合的方法確定了一些重要的力學定律。1582年前后,他經過長久的實驗觀察和數學推算,得到了擺的等時性定律。接著在1585年因家庭經濟困難輟學。離開比薩大學期間,他深入研究古希臘學者歐幾里得、阿基米德等人的著作。他根據杠桿原理和浮力原理寫出了第一篇題為《天平》的論文。不久又寫了論文《論重力》,第一次揭示了重力和重心的實質并給出準確的數學表達式,因此聲名大振。與此同時,他對亞里士多德的許多觀點提出質疑。
在1589~1591年間,伽利略對落體運動作了細致的觀察。從實驗和理論上否定了統治千余年的亞里士多德關于“落體運動法則”確立了正確的“自由落體定律”,即在忽略空氣阻力條件下,重量不同的球在下落時同時落地,下落的速度與重量無關。根據伽利略晚年的學生V.維維亞尼的記載,落體實驗是在比薩斜塔上公開進行的:1589年某一天,伽利略將一個重10磅,一個重1磅的鐵球同時拋下,幾乎同時落地,在場的競爭者個個目瞪口呆,在大笑中聳聳肩走了。但在伽利略的著作中并未明確說明實驗是在比薩斜塔上進行的。因此近年來對此存在爭議。
伽利略對運動基本概念,包括重心、速度、加速度等都作了詳盡研究并給出了嚴格的數學表達式。尤其是加速度概念的提出,在力學史上是一個里程碑。有了加速度的概念,力學中的動力學部分才能建立在科學基礎之上,而在伽利略之前,只有靜力學部分有定量的描述。
伽利略曾非正式地提出過慣性定律(見牛頓運動定律)和外力作用下物體的運動規律,這為牛頓正式提出運動第一、第二定律奠定了基礎。在經典力學的創立上,伽利略可說是牛頓的先驅。
伽利略還提出過合力定律,拋射體運動規律,并確立了伽利略相對性原理. 伽利略在力學方面的貢獻是多方面的。這在他晚年寫出的力學著作《關于兩門新科學的談話和數學證明》中有詳細的描述。在這本不朽著作中,除動力學外,還有不少關于材料力學的內容。例如,他闡述了關于梁的彎曲試驗和理論分析,正確地斷定梁的抗彎能力和幾何尺寸的力學相似關系。他指出,對長度相似的圓柱形梁,抗彎力矩和半徑立方成比例。他還分析過受集中載荷的簡支梁,正確指出最大彎矩在載荷下,且與它到兩支點的距離之積成比例。伽利略還對梁彎曲理論用于實踐所應注意的問題進行了分析,指出工程結構的尺寸不能過大,因為它們會在自身重量作用下發生破壞。他根據實驗得出,動物形體尺寸減小時,軀體的強度并不按比例減小。他說:“一只小狗也許可以在它背上馱兩三只同樣大小的狗,但我相信一匹馬也許連一匹和它同樣大小的馬也馱不起。”
②天文學
他是利用望遠鏡觀測天體取得大量成果的第一位科學家。這些成果包括:發現月球表面凹凸不平,木星有四個衛星(現稱伽利略衛星),太陽黑子和太陽的自轉,金星、木星的盈虧現象以及銀河由無數恒星組成等。他用實驗證實了哥白尼的“地動說”,徹底否定了統治千余年的亞里士多德和托勒密的“天動說”。
③哲學
他一生堅持與唯心論和教會的經院哲學作斗爭,主張用具體的實驗來認識自然規律,認為經驗是理論知識的源泉。他不承認世界上有絕對真理和掌握真理的絕對權威,反對盲目迷信。他承認物質的客觀性、多樣性和宇宙的無限性,這些觀點對發展唯物主義的哲學具有重要的意義。但由于歷史的局限性,他強調只有可歸納為數量特征的物質屬性才是客觀存在的。
伽利略因為支持日心說入獄后,“放棄”了日心說,他說,"考慮到種種阻礙,兩點之間最短的不一定是直線",正是因為他有這樣的思想,暫時的放棄換得永遠的支持,沒有像布魯諾那樣去壯烈,但卻可以為科學繼續貢獻自己的力量。
科學發現
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__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律地擺動,他按自己脈搏的跳動來計時,發現它們往復運動的時間總是相等的。就這樣他發現了擺的等時性,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,改寫了這一結論: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,使統治人們思想長達2000多年的亞里士多德的學說第一次發生動搖。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者,其首創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,他發現月球的表面凹凸不平,有高山深谷;木星有四顆衛星圍繞它旋轉,金星和月亮一樣有盈有虧;土星有光環;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。《對話》總結了伽利略長期科研實踐中的各種科學發現,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禁。
1636年,伽利略在監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。“第一天”是關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。
伽利略在科學史上的地位
伽利略的科學發現,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。他不僅糾正了統治歐洲近兩千年的亞里士多德的錯誤觀點,更創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。”后來,惠更斯繼續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!”