伽利略

苗千

伽利略

愛因斯坦和霍金都尊稱伽利略·伽利萊為“現(xiàn)代科學(xué)之父”，他還被尊稱為“現(xiàn)代觀測天文學(xué)之父”、“現(xiàn)代物理學(xué)之父”，伽利略也被認(rèn)為是有史以來世界上最偉大的科學(xué)家之一。之所以能夠擁有這些頭銜，成為科學(xué)家中的科學(xué)家，與這位出生于1564年的意大利人在科學(xué)史上的獨(dú)特地位有關(guān)，他銜接了文藝復(fù)興與現(xiàn)代科學(xué)開端兩個人類文明的重要時期，他本身就是人類由追求宗教精神向追求科學(xué)精神轉(zhuǎn)折的標(biāo)志。

1609年12月，當(dāng)伽利略在意大利清冷的夜里，第一次將手中的自制望遠(yuǎn)鏡指向天空，他便開啟了人類科學(xué)史上一個嶄新的時代。以現(xiàn)代的標(biāo)準(zhǔn)來看，當(dāng)時伽利略身兼工程師、理論物理學(xué)家、實驗物理學(xué)家和天體物理學(xué)家等多個身份，這對于盛產(chǎn)全才的文藝復(fù)興時期的意大利人來說似乎是輕而易舉。

伽利略出生于一個音樂家家庭，他的父親就曾經(jīng)利用琴弦做實驗，以驗證自己的音樂理論。雖然在少年時代伽利略從出生地比薩來到他父親的故鄉(xiāng)佛羅倫薩附近的一個修道院接受教育，但是他的父親執(zhí)意想讓自己的大兒子成為一名醫(yī)生。進(jìn)入比薩大學(xué)醫(yī)學(xué)院的伽利略對于醫(yī)學(xué)絲毫不感興趣，在比薩大學(xué)學(xué)習(xí)期間，他花了更多的時間學(xué)習(xí)歐幾里得和阿基米德的數(shù)學(xué)和自然哲學(xué)。在21歲時，他在沒有完成醫(yī)學(xué)學(xué)位的情況下就離開了學(xué)校，之后開始在佛羅倫薩和錫耶納等地講授數(shù)學(xué)。

伽利略在25歲時經(jīng)過推薦成了比薩大學(xué)的數(shù)學(xué)教授，在這個時期他撰寫了從未被出版的《論運(yùn)動》（De Motu）一書，盡管在書中有一些錯誤的論斷，但是其中提出了一個最重要的思想：一個人可以通過實驗來驗證自己的科學(xué)理論。這在當(dāng)時宗教精神濃厚的意大利堪稱是革命性的理論。在28歲時，伽利略成為帕多瓦大學(xué)的數(shù)學(xué)教授，度過了他“生命中最快樂的八年”。在帕多瓦大學(xué)他為醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生教授歐幾里得幾何學(xué)以及一些天文學(xué)知識，以便學(xué)生們在日后能夠同時利用占星術(shù)行醫(yī)。

伽利略一生都致力于研究物體運(yùn)動規(guī)律的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。在少年時代，他就發(fā)現(xiàn)無論一個單擺的擺速是快是慢，每一次擺動的時間都相同。在38歲時他繼續(xù)運(yùn)動研究，琢磨單擺、在斜面上的物體、自由下落的物體和被拋射物體的運(yùn)動規(guī)律，并且得出了正確的結(jié)論。但是他的這些科學(xué)發(fā)現(xiàn)一直到35年之后才被發(fā)表。在1609年，伽利略45歲時看到一位威尼斯的朋友來信說，有一個荷蘭人在威尼斯展示“間諜鏡”（spyglass）可以看到遠(yuǎn)處的景象——這是一種原始的望遠(yuǎn)鏡，他在沒有見到任何實物的情況下就開始自己設(shè)計制作望遠(yuǎn)鏡。他自制的望遠(yuǎn)鏡效果甚至比荷蘭人制作的望遠(yuǎn)鏡更好，最初可以把景象放大4倍，經(jīng)過改進(jìn)之后可以放大8倍。

伽利略意識到他的發(fā)明可能對于威尼斯人來說有著重大的商業(yè)和軍事意義，也可能給他帶來大量的財富，但他自己在1609年的一個冬夜里，第一次把望遠(yuǎn)鏡指向了天空。在1610年5月出版的一本名為《星空信使》（Starry Messenger）的書中他描述了人類第一次看到的月亮上的山峰，組成了銀河的星星，以及木星周圍四顆較大的衛(wèi)星。

對于星空的觀測使伽利略在整個意大利聲譽(yù)卓著，他繼續(xù)利用自己制作的望遠(yuǎn)鏡觀測星空，對于木星進(jìn)行了持續(xù)的觀測。在當(dāng)時的條件下，他很難辨別出木星的四顆衛(wèi)星，直到1612年他才能夠給出這四顆衛(wèi)星運(yùn)行的精確周期，但是實際上觀測結(jié)果并不符合預(yù)期，這讓伽利略感到非常困惑。實際上，當(dāng)時他沒有考慮地球圍繞著太陽的公轉(zhuǎn)。在望遠(yuǎn)鏡中，金星呈現(xiàn)出了類似于月相的周期性變化，這說明金星并非是圍繞地球，而是圍繞著太陽運(yùn)轉(zhuǎn)。對于天體的實際觀測，使伽利略愈發(fā)堅定地支持哥白尼的日心說，這個和《圣經(jīng)》描述相悖的學(xué)說自然令羅馬教廷感到強(qiáng)烈的不滿。

伽利略在1624年開始撰寫《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》，以對話的形式講述了他的科學(xué)方法以及世界觀，他花費(fèi)了6年時間完成這部巨著，隨后在1632年獲得教廷的允許在佛羅倫薩出版。但這本書隨后在1633年就被羅馬教廷列為禁書，伽利略也在同年7月被判處在自己的家中終身監(jiān)禁。在家中監(jiān)禁期間，他完成了自己的最后一部巨著《兩種新科學(xué)》，開啟了運(yùn)動學(xué)和材料力學(xué)的研究。

由于伽利略在人類科學(xué)史上獨(dú)特而重要的地位，他在1642年1月8日逝世的日期也被后人認(rèn)為是具有獨(dú)特的意味。在他去世不到一年之后（1643年1月4日），又有一位科學(xué)巨匠——牛頓——降生。在牛頓最重要的科學(xué)成就力學(xué)三定律中，其中很大一部分繼承了伽利略的研究成果和研究方法。在伽利略逝世300周年紀(jì)念日，另一位理論物理學(xué)大師史蒂芬·霍金降生，也有人以此認(rèn)為霍金是伽利略的繼承人，盡管霍金本人對此毫不在意。