关于伽利略科学方法的浅析

关于伽利略科学方法的浅析

【摘要】本文通过对于伽利略所使用过的科学方法加以分析，概括三点他的独到之处，分别为：对实验方法的重视、数学相统一的科学研究模式的运用和抽象和理想化的运用。

【关键词】科学方法；实验；数学；抽象；理想化

【正文】

伽利略( Galileo Galilei, 1564~ 1624年) 就是十六七世纪科学史上杰出的天文学家和物理学家。伽利略所处的时代是一个伟大的变革时代，在科学理性与宗教信仰之间的斗争中，他是一位先行者；在近代科学刚刚兴起的艰难时期，他是一位奠基者。他被誉为是“近代科学之父”。这不仅是因为他那无畏的科学精神和划时代的科学成就，而且还因为在他科学方法论上的杰出贡献。本文试图从以下几个方面对伽利略在科学方法上的独到之处进行分析。

第一、他将实验方法看作是他研究工作的最基本的方法。古代的科学主要是建立在直观和推测上的。如古希腊的元素论和原子论是对这个世界的直观和天才猜测。伽利略对此坚决反对，他认为古代科学中的直觉主义容易使我们的感觉受到蒙蔽，不能正确的认识和把握对象和事物。他坚持观察和实验才是科学研究的起点，才是科学研究的仲裁者，对自然的研究应建立在实验基础上，任何从直观或从既成结论出发得到的结论必须与实验相符才是正确的。该观点的一个论据是伽利略的自由落体实验。关于物体运动，亚里士多德曾从直觉出发，把物体分为轻重两种，重的物体下落快，而轻的则相对较慢。在直观领域中，如果一个铁球和一根羽毛在某一高度同时下落，那么铁球必先落地，原因便是物体的轻重所致。然而，伽利略在著名的比萨斜塔上同时放手的两个重量相差悬殊的铝球的同时落地说明，物体下落的时间与重量无关，也就推翻了一千多年无人怀疑的亚里士多德的观点，表明了对落体和运动的研究趋向科学化，确立了实验方法的地位。

第二、数学相统一的科学研究模式。能否借助数学研究事物并揭示事物内部的数量关系，对于人的认识有着重大的意义。伽利略认为，在对自然界进行实验研究的过程中，必须同时运用数学计算的方法，所以他特别重视实验的定量分析。他曾说过，宇宙这本书是用数学语言写的，符号是三角形、圆形和别的几何图形。如果不先学会书里所用的语言，掌握书里的符号，就不能了解它。没有它们，人就在一个黑暗的迷宫里劳而无获地游荡着。在自己的工作中，他创造了一些可以测量的条件，使实验尽可能结合数学方法的应用，从实验结果中概括出数量关系式。在高空做物体下落的实验时，由于时间的短促以及设备的落后等原因，无法对下落的过程进行精确的研究。为此伽利略将自由落体运动改为斜面实验，以便进行定量的测定和计算，从数量具体说明了落体过程。数学对于伽利略来说，不仅仅只是一种计算的工具，还是一种逻辑分析的工具。他的斜面实验，实现了定性分析和定量分析的结合，这是全面认识事物所必需的。

诚然，运用数学对事物及其运动进行研究的不只有伽利略一个人。在伽利略之前的一个世纪中，达•芬奇曾对落体运动进行过大量的研究,尽管他有天赋的敏锐,却未能将实验结果上升为数学公式，从而未能定量的把握事物并得出科学的结论。哥白尼和开普勒也曾运用数学对天体运动进行过研究，但是他们仅仅把天文学归纳为纯数学的研究。但是伽利略与他们三者不同，他把实验与数学结合的方法上升为一种普遍的方法，实现了对自然界所有现象的全面研究，也由此发现了自由落体运动和抛物线运动的运动形式—由水平和向下两种力的合成而产生的特殊运动形式，提出了基本的惯性定律，导致了函数和后来的微积分的诞生，推动力近代科学的发展。

第三、抽象和理想化的运用。科学抽象需要把研究对象从整体中分离出来，而且在纯粹的状态下，对事物的性质及其规律进行考察。而所谓理想化便是一种考察状态下的性质及其规律的科学思维活动。理想化的东西是通过抽象而产生的，理想化的目标就在于揭示被研究

对象在想象的纯化状态下的客观规律性。伽利略认为抽象和理想化对物理学的研究来说是至关重要的。他有写过这样一段话：正如一个要计算糖、丝和羊毛的计算者必须扣除箱子、捆包和其他包装一样，数学家要在具体条件下所证明的那些原理时，同样必须除掉那些物质的障碍，而且如果他能做到这样的话，我给您向你保证，事物是和计算的结果同样符合的。所以错误不系于抽象还是具体，也不系于几何学或者物理学，而系于计算者是否懂得进行正确的计算。在自己的研究活动中，伽利略就运用了抽象的方法，例如真空中的自由落体、理想摆和船在海洋上的无摩擦运动等的研究。他的理想实验也是他科学发现必不可少的条件。惯性定律就是通过理想实验而得出的。伽利略曾做过让小球沿斜面下滚的实物的实验。在这个实际实验过程中，他发现:当斜面做得足够光滑，使小球与斜面的滚动摩擦足够小时，从一定高度滚下的小球，可以再滚上对称放置的另一个斜面, 它能达到的最大高度几乎同滚下的高度相等。之所以实际上略低于原来的高度, 那是由于受到了斜面摩擦阻力和空气阻力的作用。在实际实验中, 我们总可以把阻力尽量减少。实验证明: 阻力越小, 小球上升的高度也越接近初始滚下的高度。伽利略在头脑中设想了一种理想化条件：如果所有阻力减小到零，于是小球就会上升到原来的高度，这正是一个理想实验。伽利略再把这个理想实验继续展开，小球滚上第二个斜面的高度只与它在第一个斜面上滚下的高度有关，而与第二个斜面的斜度无关，所以我们可以把第二个斜面的斜度不断减小，随之小球在第二个斜面上运动的路程也就不断增长。如果我们设想把第二个斜面的斜度减小到零, 即把它变为平面，那么，小球就应该一直向前滚动, 永远也不会停止下来。由此，伽利略才最早形成了惯性的概念。抽象和理想化的方法在科学研究活动中的应用是极其有效的。

综上所述，伽利略所取得的科学成就是与他的方法分不开的。爱因斯坦评价伽利略时就说：“伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。”

参考文献：

[1]M# 克莱因1 古今数学思想( 第二册) [M] . 上海: 上海科学技术出版社, 19791391

[2]亚里士多德1 工具论[M]1 广州: 广东人民出版社, 19841 191, 2561

[3]伽利略 1 关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话[M]1 上海: 上海人民出版社, 1974170, 2681

[4]伽利略1 论两种新科学( 英文版) [M] . 英国多佛出版社, 19141 1781

[5]A# 爱因斯坦,L# 英费尔德1 物理学的进化[M]1 上海: 上海科学技术出版社, 19621 3, 51

[6]怀特海：《科学与近代世界》，何钦译，商务印书馆.1962.