论伽利略思想对近代物理的贡献

论伽利略思想对近代物理的贡献

摘要：伽利略（Galileo Galilei，1564-1642）是意大利伟大的物理学家和天文学家。世界科学史称他为近代科学之父。他开创了以实验事实为根据并且具有严密逻辑体系的近代科学世界。他把科学实验方法首次引入物理学中。他运用数学知识首次提出了惯性原理，加速度等概念，他发现了摆的等时性，自由落体运动。他在人类历史上首次用自制望远镜观测天体，获得许多重要发现。他的发明和发现扩大，加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识。

关键字：伽利略星际使者加速度惯性

1：引言

在人类思想史上，两千多年前希腊的哲学家亚里士多德的学说无疑地起过广泛的影响，然而他关于物理学的论述，许多都是错误的。他把物体的运动分为自然运动和强制运动。他认为圆周是完善的几何图形，圆周运动对于所有星体都是天然的，因而是自然运动；另外，地球上的物体都具有其天然位置，重物趋于向下，轻物趋于向上，如果没有其他物体阻碍，物体力图回到天然位置的运动也是自然运动；其他所有形式的运动则都是强制运动。他还进而指出，关于物体的强制运动，只有在外力的不断作用下才能发生；当外力的作用停止时，运动也立即停止。从这里可以看出亚里士多德肯定了两点：一、自然运动不涉及曳力的问题，只有强制运动才存在力的问题；二、力是物体强制运动的原因。从今天来看，这显然是错误的，然而它束缚了人们近两千年。

伽利略开创了实验和理性思维相结合的近代物理研究方法，并用于研究物体的运动。他对于亚里士多德关于物体运动的粗糙的日常观察、抽象的猜测玄想和想当然的思辨推理十分不满，他通过科学实验和科学推理得到许多正确的结果，总结在他的著作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》（1632年）和《关于两门新科学的对话》（1938年）中。本文试通过伽利略的几个重要试验来剖析他对世界近代物理的影响。

2从不同角度分析伽利略对近代物理产生的影响

2.1伽利略生平和学术生涯

伽利略·伽利莱（Galileo Galilei，1564-1642年）是文艺复兴后期近代实验科学的创始人。1564年伽利略生于意大利的比萨城，他的父亲是一位才华出众的音乐家和教育家。1581年，17岁的伽利略受父命进入比萨大学学医，但他对医学不感兴趣，而对古希腊的物理学及亚里士多德、埃夫克利德和阿基米德的著作着迷.于是他离开比萨大学，到佛罗伦萨研究了四年数学。1589-1592年，伽利略在比萨大学任数学教授，1592-1610年又在帕图亚大学任教.在此期间，伽利略在数学、天文学，特别是力学方面有了很深的造诣，学术上成果累累。他通过大量的观察和实验总结出了惯性定律、自由落体运动定律和相对性原理；发现了单摆振动的等时性原理；用自制的33倍望远镜观察天象，发现了一系列令人震惊的天文现象。伽利略将观察到的天文现象写成《星际使者》（Nuncius Sidereus）一书，于1610年发表。书中介绍了月球上的环状山脉，无数星体构成的银河系，金星的盈亏，木星的四颗卫星，太阳黑斑等等，从而对哥白尼的“天体运行”论提供了有力的支持，同时也动摇了亚里士多德——托勒密的地心说，更是对教会神学和经院哲学的无情打击。这引起了教会的仇视和憎恨。1611年，伽利略应邀来到罗马，在罗马期间，伽利略为了确立新的自然研究法——实验法的地位，又同教会的唯心论世界观进行了激烈的斗争，这就更加激怒了教会。1632年，他的名著《关于两大世界体系的对话》出版，但立即被教会列为禁书。1633年6月22日，伽利略受到宗教法庭审判，并被判终身软禁，成了“宗教裁判所”的囚徒。1638年，伽利略在荷兰出版了《关于两门新学科与数学证明的谈话》一书，对自己多年来在力学方面的研究进行了总结。1642年伽利略与世长辞，葬于佛罗伦萨的圣·克罗切教堂，终年78岁。

2.2伽利略对经典力学的贡献

2.2.1摆的等时性

伽利略注重实验，勤于思考，善于从人们熟视无睹的平凡事件中挖掘出不平凡的道理。

据说，有一次伽利略在教堂做礼拜时，注意到教堂屋顶悬挂的一盏吊灯摇摆

不停。这本是一个平凡的事，但他观察一段时间后发现，灯的摆动幅度不一样，有时大，有时小，但如果以脉搏跳动次数为标准来测量吊灯的摆动，吊灯没摆动一次所用的时间都差不多。这一发现引起了伽利略的思考：是不是其他物体的摆动也和吊灯一样有规律可循？

带着这一问题，伽利略开始动手研究摆动的规律，并设计了相应的实验。他在实验后发现，物体摆动一次所用的时间，跟摆动幅度的大小，物体的轻重没有关系，只与摆绳的长度有关系。这一摆动规律称为摆的等时性。后来，荷兰科学家惠更斯根据这个原理，制成了历史上第一座摆钟，从此，时间的误差可以减少到秒来计算。

2.2.2斜面滚球试验

大约在1604年初，伽利略开始寻找关于“重物自然下降”过程中，速度随时间增加的规律。如果像传说中的那样，伽利略从比萨斜塔上向下扔落物体，直接对自由落体进行直观测量，要寻找落体的运动规律是相当困难的，因为比萨斜塔高55米，由塔顶竖直自由落下物体到地面需时间3.2秒。当时既没有精密测量时间的钟表，又不能排除空气对轻重不同的物体施的不同浮力的影响。因此直接做这种测量是不可能的。然而，沿斜面下滚得球和竖直下落的球也一样，也是一种“自发下降”，而且沿斜面下滚得球还可以将其下滚速度调节得很慢，这更利于测量，于是伽利略设计了斜面滚球实验。

取一块长约840厘米，宽约42厘米，厚约6厘米的坚硬木板，刨光后在平板西长的正面中央沿板长刻划一条Ф=3厘米的笔直沟槽。为了使沟槽尽可能地光滑，平整，再用羊皮纸沿沟槽贴牢。取一只刨光坚实的黄铜圆球做实验的滚球。在此之前，先将长板的一端垫高约140厘米，使其成为一个斜面，使其倾斜度约

为6

1sin 1-=θ 让黄铜球沿沟槽滚下，同时采用特别装置记录小球

下滚的时间，这项实验得重复多次，使先后两次时间差

不超过脉搏的1/10。这种方法被证实可靠之后，再让小

球只滚下沟槽长度的1/4，测定其所需时间，看到它只用了原先实验所需时间的一半，接着再就其他长度滚下小球做实验。比较小球滚过槽总长度作需时间和分别滚下板长的1/2，2/3，3/4以及其他任选长度所需时间，成百次的重复各次实