伽利略的贡献

窗体顶端

由哥白尼点燃的科学革命烽火，燃遍了整个欧洲，一个近代自然科学全面奠基的时期开始了。"新兴自然科学的第一时期－－在无机界的领域内－－是以牛顿告结束的。这是一个处理已有材料的时期，它在数学、力学和天文学、静力学和动力学的领城中获得了伟大的成就，这特别是归功於开普勒（Johannes Kepler,1571~1630）和伽利略，牛顿就是从他们二人那里得出结论的。"具体说，从伽利略(Galileo Galilei,1564-1642)发表他的第一篇成名之作《液体静力秤》的1586年起，至牛顿发现万有引力定律的1685年止，整整经历了一个世纪。在这一个世纪中，自然科学以神奇的速度发展起来，在这时期中，突出的是以力学为中心的实验科学的兴起。经过伽利略、开普勒、牛顿等大批科学家一个世纪的辛勤工作，终於建立了经典力学的理论体系。在这同时，由於天文学和力学的发展，带动了数学的发展，促进了微积分的创立，对化学、物理学、生物学等学科的发展也起了不同程度的推进作用。

1.亚里士多德的力学

最早起源於希腊的力学，被系统地总结在亚里士多德的物理学中。根据这种带有思辩和人性色彩的物理学观点，把常见的运动分成三类。第一类是地面上物体的运动；第二类是物体在空中下落的运动；第三类是天体的运动。亚里士多德对运动的原因作了解释，地面上物体的运动是强制性的运动，推一堆，动一动，不推就不动，所以力是维持物体运动的原因；第二类和第三类运动属於天然运动。地球是宇宙的中心，是一切空中运动物体的天然归宿。物体的重量越大，其趋向天然位置的倾向也越大，所以其下落的速度也越大；天体是由特殊质料构成的，具有特殊性质，天体是神灵们的处所，所以天体的运动是沿著最完美的曲线－－圆周，以最完美的速度－－匀速运动。这种经不起事实检验的解释显然是错误的，但它竟然影响和统治人们的思想达二千年之久，直到伽利略、牛顿时代，才得以彻底纠正。这除了与生产力发展水平低下有关外，还跟当时的社会结构有关。在古希腊时代把从事实验操作工作看作是卑贱的事情，应该由奴隶或仆役去完成，有身份有"知识" 的人是不动的，只是滔滔不绝地演讲和论证。传说亚里士多德常在花园中，边散步边给弟子讲课，故亚里士多德学派又称为逍遥派。因此，古希腊物理学的致命弱点是没有充分注意定量实验。甚至一个很简单的实验也可以证实亚里士多德的落体定律是错误的。

经院哲学是西欧中世纪出现的一种思想体系。教会为了愚弄和统治人们的思想，歪曲和阉割亚里士多德学说中的合理和积极的部分，宣扬其消极部分，使" 改造"后的亚里士多德的哲学符合宗教教义，他的著作也就成为仅次於宗教教义的权威。列宁曾一针见血地指出："僧侣主义枪杀了亚里士多德学说中活生生的东西，而使其中僵死的东西万古不朽"。由於这种被加工和改造过的哲学产生於天主教的学院，故被称之为经院哲学。这种哲学热衷於从抽象的概念出发，用繁琐的推理去论证宗教的教义，主张理性服从信仰。对实验和观测不感兴趣，不相信人类的感觉是认识事物本质的指南。这种哲学，在科学史上，对科学的发展产生深重的影响。这在伽利略与教会的斗争中表现得尤为突出。

比伽利略早一个世纪的意大利文艺复兴运动的传奇人物达．芬奇(Leonardo da Vinci，1452~l519)，是个集科学家和艺术家於一身的多才多艺的人物。他通过解剖研究人体的生理构造，他观察天体，研究天文，他精通绘画和雕刻，又擅长机械和土木建筑，总之，他的兴趣广泛，涉及多种学科和工艺。在他的活动中，有一个显著的特点：重视实践，他说："

在研究一个科学问题时，我首先安排几种实验，因为我的目的是根据经验来决定问题，然后指出为什麼物体在什麼原因下会有这样的效应。这是一切从事研究自然界现象所必须遵循的方法...我们必须在各种各样情况和环境下向经验请教，直到我们能从这许多事例中引伸出它们所包含的普遍规律"。不仅如此，他还十分重视数学和实验结合在探讨自然规律过程中的重要作用，懂得定量的实验在科学方法上的重要性，他认为科学上没有什麼肯定的事情用不上一门数学科学的。他在研究梁柱的强度和力学问题时采用了这种方法，得出定量的结果。达．芬奇的这些见解和实践，对伽利略建立实验自然科学起了重要的启发作用。

2.伽利略的生平和主要的科学活动

1564年2月15日伽利略出生於意大利古城比萨，父亲是破落的贵族，擅长音乐和数学。童年时代的伽利略就显示非凡的制作和观察能力，自己动手制成会动的玩具和机器。1572年开始接受正规教育，在圣玛丽亚寺院学习。1581年9月考入比萨大学，遵从他父亲的意愿学医。然而他对医学毫无兴趣。一个偶然的机会，把他的兴趣和注意力引向数学和物理。1583年托斯卡纳公国(比萨隶属於此公国)的大公爵来比萨过冬，随行人员中有一位很有才学的宫廷教授里奇(Ostilio Ricci,1540~1603)，是伽利略家的朋友。在一次里奇所作的数学演讲中，使旁听的伽利略著迷。从此他对数学的兴趣剧增。由於他对数学表现出非凡的理解能力和过人的逻辑思维能力，被里奇收为门生，并指导他阅读了不少数学著作，特别是阿基米德和欧几里德的著作。这使得伽利略在数学上有相当的造诣，对他以后创立实验自然科学并获得成功起了巨大的作用。

伽利略对数学的热爱，引起了他父亲的反对，加上家境窘迫，1583年他没有取得学位就离开比萨大学，回到佛罗伦斯协助父亲经营店铺。在经营之余，他把一切时间都用於学习数学做实验，从此开始自学和独立进行研究。

传说1583年他在比萨大教堂内从吊灯摆动的现象中，发现了"摆的等时性"规律，并应用於实际。关於这传说，日本的科学史和科学教育研究者板仓圣宣曾表示过异议，理由是比萨大教堂的吊灯是1583年以后制造的。这段传说是伽利略晚年接收的学生维维安尼(Vincenzo Viviani,1622~1703)在《伽利略传》中记述的。但是伽利略根据摆的规律发明的能准确测量脉搏速率的摆式脉搏计是有据可查的，1607年帕多瓦大学的一位医生在他的著作提到过这种脉搏计，并附有图样。

1585~1589年期间，他做过家庭教师，教过数学。1586年发表了他的第一篇论文《液体静力秤》，表现出他在实验方面的才能。这种秤是根据阿基水德的杠杆原理和浮力原理制成的，它能准确而方便地测出金属的比重。在这同时他还写了一篇《论重心》的文章，经里奇介绍给大公爵费迪南德一世(Grand Duke Ferdinand I)。为了谋求职业，里奇指点伽利略给一些有影响的贵族和科学家写信，介绍自己的研究成果，以求得支持。在这过程中，他结识了热爱科学和礼贤下士的吉多鲍多侯爵。侯爵很赏识他的学识和才华，表示愿意对他的研究工作予以支持和帮助。

由於吉多鲍多侯爵的推荐，1589年他受聘担任比萨大学新增设的数学讲座教授，主要讲授数学和天文学，课余仍热衷於研究有关运动的问题。他研究的中心问题是在重力作用下落体的运动，对亚里士多德的落体定律和运动原因的理论提出质疑。亚里士多德的落体运动理论可以概括为两点：一是落体的速度与其重量成正比；二是落体的速度与其所通过的介质