一天,比薩大學(xué)的一群醫(yī)科學(xué)生正跪在大教堂里祈禱。大廳一片寂靜,只有一盞教堂頂懸掛下來(lái)的油燈,在空中來(lái)回?cái)[動(dòng),掛燈鏈條發(fā)出的嘀嗒聲驚擾了學(xué)生們的祈禱。在擺動(dòng)著的油燈節(jié)奏中,一位年輕的學(xué)生仿佛突然來(lái)了靈感,他覺(jué)得鏈條的節(jié)奏是有規(guī)律的,那盞嘎嘎作響的掛燈,盡管往返的距離越來(lái)越短,但是掛燈往返擺動(dòng)一次的時(shí)間卻似乎一樣長(zhǎng)!回家后,他找來(lái)兩根同樣長(zhǎng)的繩索,各墜上一塊相同質(zhì)量的鉛塊,然后分別系在不同的橫粱上,開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn),他發(fā)現(xiàn)兩條繩索的起點(diǎn)雖不相同,但擺動(dòng)的次數(shù)是相同的,即在同樣的時(shí)間內(nèi)到達(dá)同樣的點(diǎn)上。就這樣,這位年輕人發(fā)現(xiàn)了擺振動(dòng)的等時(shí)性原理。今天,這項(xiàng)原理已廣泛應(yīng)用于時(shí)鐘計(jì)時(shí)、脈搏計(jì)數(shù)等方面。
這位年輕的醫(yī)科學(xué)生就是伽利略。
在比薩的日子
1564年2月15日,伽利略生于意大利比薩城。父親是一個(gè)沒(méi)落貴族,也是一位音樂(lè)家,并且通曉數(shù)學(xué)。伽利略從小就受著良好的家庭教育,他喜愛(ài)圖畫和音樂(lè)。他那聰明的腦袋和靈巧的雙手從不閑著,不是彈琴、畫畫,就是給弟妹們制作巧妙的玩具。平時(shí),他還經(jīng)常向父親提出各式各樣的奇怪問(wèn)題,比如“行星離人們是不是比太陽(yáng)近,”“地球是不是像月亮一樣’”
17歲時(shí),父親把伽利略送到比薩大學(xué)學(xué)醫(yī),可是他偏偏喜歡數(shù)學(xué)和物理,特別喜歡做各種實(shí)驗(yàn),空閑時(shí),他用自制的儀器來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),很快便顯露出他驚人的才能。
但是,伽利略的行為引起了教授們的不滿,他們不贊成學(xué)生獨(dú)立思考。在他們眼中,“所有科學(xué)上的問(wèn)題都已經(jīng)被亞里士多德解決了。如果一個(gè)學(xué)生不相信神學(xué),那他就是不折不扣的異端。”于是,他們寫信告訴伽利略的父親:“為了大學(xué)的聲名,為了他自己的靈魂,請(qǐng)你管好你的兒子。”父親于是警告伽利略要聽(tīng)教授們的話。可伽利略并不理會(huì)這些警告,繼續(xù)自已的實(shí)驗(yàn),最終,教授們拒絕發(fā)給他醫(yī)生文憑。
為了填飽肚皮,在朋友的幫助下,伽利略在比薩大學(xué)開(kāi)始教授數(shù)學(xué)。他之所以能被聘為數(shù)學(xué)講師,其原因是當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)不受重視,這個(gè)職位的年薪僅相當(dāng)于如今的65美元。
這時(shí),伽利略把大部分時(shí)間用于實(shí)驗(yàn),他說(shuō):發(fā)現(xiàn)真理的道路,不是靠背誦亞里士多德的教條,而是要通過(guò)學(xué)習(xí)“大自然這本寶書”。
在一次講課時(shí),伽利略對(duì)學(xué)生們說(shuō):“亞里士多德有這樣一個(gè)論點(diǎn)。不同重量的物體,從高處下落時(shí),速度是不一樣的。這個(gè)結(jié)論其實(shí)是錯(cuò)誤的。事實(shí)上,若沒(méi)有空氣的阻力,重物體和輕物體下降的速度是相同的。”學(xué)生們聽(tīng)了都表示懷疑,教授們對(duì)此更是不屑一顧:“除了傻瓜,沒(méi)有人會(huì)相信一根羽毛同一顆炮彈能以同樣的速度下落。”
于是,伽利略決定在全體師生面前表演一番。這天,天空清朗,伽利略走上比薩斜塔,他一手拿著一個(gè)10磅重的鐵球,另一只手拿著一個(gè)1磅重的鐵球。時(shí)間到了,伽利略把兩個(gè)鐵球從塔頂同時(shí)拋下,鐵球果然同時(shí)落地!但人們?nèi)匀徊幌嘈艁喞锷隙嗟聲?huì)有錯(cuò)誤,竟認(rèn)為伽利略在鐵球內(nèi)施行了魔術(shù)。為此,他們將伽利略攆出比薩大學(xué)。
名利雙收的顛峰時(shí)刻
1592年,伽利略離開(kāi)比薩大學(xué),在威尼斯的帕多亞大學(xué)謀得了一個(gè)數(shù)學(xué)教授的職位。這是一所頌揚(yáng)思想自由、不受宗教裁判所清規(guī)戒律限制的學(xué)校。
在教學(xué)的同時(shí),伽利略組織了一個(gè)科學(xué)和哲學(xué)的俱樂(lè)部。在這個(gè)俱樂(lè)部里,伽利略將他的一系列觀察和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,首次公開(kāi)發(fā)表。他使會(huì)員們熟悉“磁”的秘密及地球磁力;向他們證明了一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體如果沒(méi)有外界摩擦力的作用,就會(huì)無(wú)限地運(yùn)動(dòng)下去,這就是后來(lái)牛頓提出的“慣性定律”;他向會(huì)員們解釋了他發(fā)明的新儀器——指南針的結(jié)構(gòu)……而在所有這些發(fā)明創(chuàng)造中,伽利略最突出的貢獻(xiàn)是把他的天文望遠(yuǎn)鏡——“遙遠(yuǎn)星宿的觀察者”公布于世。
第一個(gè)望遠(yuǎn)鏡是荷蘭人漢斯·李普希制成的。1609年6月,伽利略在朋友處聽(tīng)到這一消息后,立即從眼鏡店里買來(lái)需要的鏡片,做出了望遠(yuǎn)鏡。后來(lái)經(jīng)過(guò)他不斷地改進(jìn)和完善,制造出的望遠(yuǎn)鏡可以放大30多倍。
利用這架望遠(yuǎn)鏡,伽利略發(fā)現(xiàn)月亮不是一個(gè)光滑的球體,它的表面矗立著許多座火山口和高山;銀河并不是一片銀色的云體,而是由眾多的個(gè)體星星組成的;他還發(fā)現(xiàn)木星旁邊有四顆衛(wèi)星,它們圍繞著木星運(yùn)轉(zhuǎn)……
伽利略把這些發(fā)現(xiàn)編成《星體通報(bào)》,立刻引起了震驚。威尼斯公爵聘請(qǐng)他為帕多亞大學(xué)的終身教授,年薪相當(dāng)于如今的50000美元。不久,伽利略又被他邀請(qǐng)到佛羅倫薩擔(dān)任宮廷數(shù)學(xué)家。至此,伽利略達(dá)到了名利雙收的頂峰。但是,伽利略也因此開(kāi)演了自己一生的大悲劇。
上演一生的悲劇
伽利略悲劇的起因,還是他那本研究天體的劃時(shí)代著作《星體通報(bào)》的發(fā)表。在書中他極力支持哥白尼的學(xué)說(shuō),他說(shuō):“我最偉大的奇跡是發(fā)現(xiàn)了四顆新的行星。我觀察到它們環(huán)繞著太陽(yáng)運(yùn)行。”他的言行很快引起了宗教裁判所的注意,1613年,他奉命來(lái)到宗教裁判所,出席對(duì)他的審訊。
紅衣主教勸他放棄那些“異端邪說(shuō)”。出于自身的安全,伽利略被迫在禁令上簽字。但回到家里,伽利略仍舊暗自做實(shí)驗(yàn),并于1632年出版了《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》。在書中,他再一次巧妙地支持哥白尼的學(xué)說(shuō),從而再度頂撞了教會(huì)的信仰,又一次受到宗教裁判所的傳訊。這時(shí),伽利略已年近70歲,正在病中。1633年1月,伽利略起程赴羅馬,裁判所對(duì)他的審訊進(jìn)行了6個(gè)月,伽利略被迫在宣判書上簽字,發(fā)誓與他的地球運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)一刀兩斷。據(jù)說(shuō),當(dāng)這位精疲力竭的老人離開(kāi)宗教法庭時(shí),人們聽(tīng)見(jiàn)他小聲說(shuō):“地球確實(shí)是在運(yùn)動(dòng)啊!”
1633年,伽利略被羅馬宗教裁判所判處終身監(jiān)禁。在獄中,他仍然堅(jiān)持科學(xué)著述。并且在1638年寫出了他一生中最偉大的一本書《關(guān)于力學(xué)和局部運(yùn)動(dòng)兩種新科學(xué)的對(duì)話和數(shù)據(jù)證據(jù)》(簡(jiǎn)稱《運(yùn)動(dòng)的法則》)。這本書總結(jié)了他一生在力學(xué)上的研究成就,從根本上否定了亞里士多德的運(yùn)動(dòng)學(xué)說(shuō)。書寫成后,伽利略設(shè)法偷運(yùn)到荷蘭去出版。但是伽利略無(wú)法看見(jiàn)這本新出版的書,因?yàn)樗呀?jīng)失明了。1642年1月8日,他臨終時(shí),懷抱著這本書說(shuō):“我認(rèn)為這是我一切著作中最有價(jià)值的,因?yàn)樗俏覙O端痛苦的果實(shí)。”
伽利略留給后人的財(cái)富是寶貴的,他所用的科學(xué)推理方法,標(biāo)志著物理學(xué)真正的開(kāi)端。惠更斯繼續(xù)了伽利略的研究工作,導(dǎo)出了單擺的周期公式和向心加速度的數(shù)學(xué)表達(dá)式;牛頓在總結(jié)了伽利略等人的工作后,得到了萬(wàn)有引力定律和牛頓運(yùn)動(dòng)三定律。
1979年11月20日教皇約翰保皇二世宣布,三百多年前教會(huì)對(duì)伽利略的判罪是完全錯(cuò)誤的,應(yīng)當(dāng)予以平反昭雪。