伽利略的科研方法

伽利略在他长达几十年的科学研究工作中开创了许多物理研究方法。这些方法对今天的科研人员仍有非常重要的指导作用。爱因斯坦曾经高度评价伽利略和他的科学方法。他说:“伽利略的发现和他运用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，标志着物理学的开始。”现在让我们来看看伽利略在科学研究中使用的主要科学研究方法。

①观察方法

从上面的描述我们已经知道，伽利略对天文学的研究主要依靠观测方法，更准确地说是间接观测方法。观察方法是指人们直接通过感觉器官(如眼睛和耳朵)或借助科学仪器间接感知客观物体，从而获得物体知识和概念的科学方法。伽利略的观察方法不同于古代用肉眼直接观察，而是借助天文望远镜。他对天体的观察使他发现了许多人们以前不知道的重要信息，并揭开了宇宙的神秘面纱。他对物理和力学的研究也离不开观察。据说钟摆针是因为他意外地仔细观察吊灯的摆动而发明的。伽利略的观察方法在科学研究中发挥了重要作用，后来被许多学科的科学家所认可。例如，前苏联著名生理学家巴甫洛夫对他的学生说，他成功的秘诀是“观察、观察和再观察”你应该先学会观察。如果你不能观察，你就永远不会成为科学家。当发明青霉素的英国细菌学家弗莱明在1945年获得诺贝尔医学奖时，他满怀深情地说:“我唯一的功劳是没有忽视观察。"

②实验方法

实验方法是指人们根据研究目的，在某种物理设备的人工控制下，进行一系列活动，然后反复研究自然现象和规律的方法。伽利略是观察和实验方法的积极倡导者，也是第一个提倡可重复和可验证实验的人。他被誉为真正将观察实验应用于实验的伟大思想家和现代实验科学的奠基人之一。他反对亚里士多德的纯粹思辨的科学方法，认为只有观察实验才是掌握真理的科学方法，反对过分相信权威，认为只有实验才能帮助我们更好地理解自然。他有一句名言:“科学的真理不应该在古圣贤满是灰尘的书中找到，而应该在基于实验的实验和理论中找到。真正的哲学写在最伟大的书里，这本书经常在我们眼前打开。这本书是宇宙和自然本身。人们必须阅读它。”这句名言充分说明了伽利略的态度。同时，他自己也是这一观点的坚定执行者。除了不可能进行天文学实验之外，伽利略的其他研究都是基于实验的。例如，为了验证他的*落体问题的正确性，他设计了“斜面实验”，并对其进行了近百次测试，最后得出了正确的结论。还有著名的“比萨斜塔实验”。伽利略的实验方法具有可重复性和可验证性。他的实验方法对现在的科学研究仍有重要意义。

(3)数学方法

数学方法使用数学语言来表达事物的状态、关系和过程，并对它们进行推理、计算和分析，从而形成解释、判断和预测问题的方法。数学方法在科学研究中起着非常重要的作用。马克思说:“一门科学只有成功地运用数学才能真正完美。”爱因斯坦还说:“在我们所有的知识中，能用数学语言表达的部分被归为物理领域。”

伽利略在科学研究中使用的第三种重要的科学方法是数学方法。伽利略将他的物理研究与数学紧密结合，为物理学的发展开辟了一条新的道路。他证明了物质运动的定律，并用精确的数学语言表达了物理定律。他在数学方面有很深的造诣。早在1582年左右，他就通过长期的实验观察和数学计算获得了钟摆的等时定律。在1585年因经济原因退出比萨大学后，他深入研究了古希腊的欧几里得和阿基米德的著作，并对几何有了深刻的理解。正是由于他对数学的浓厚兴趣，他用数学方法进行了“斜率实验”，从而发现球滚下斜率的距离总是与时间的平方成正比，并最终得到*落体定律，即s = 1/2gt 2。

(4)其他方法——理性方法

除了上述三种主要的科学方法，伽利略还使用了其他科学方法。例如，当在理论上驳斥亚里士多德的*落体观点时，他使用了演绎法和归纳法，用他自己的矛盾来证明他的错误是归纳法的体现，而演绎法的特点是从小球到世界的一切。在推导“惯性定律”的过程中，首次采用了理想化的方法。他假设球滚下一个无摩擦的斜坡，然后在一个无限延伸的光滑平面上运动。显然，没有没有摩擦的斜面和无限延伸的平面。这只是一种理想化的状态。同样，*落体定律的实验也是一样的。在非真空环境中，阻力是不可避免的。

简而言之，伽利略的主要研究方法是观察、实验和数学。特别是，他在机械研究过程中将实验与数学结合起来。他不仅注重逻辑推理，还依靠实践观察和实验检验。同时，他对科学研究方法进行了灵活的抽象和理想化，非常值得我们学习。这可以概括为一套完整的科学研究方法和程序:观察现象→提出假设→逻辑推理→实验检验→数学推导→形成理论。伽利略使用的这一套科学研究方法后来被许多科学研究人员所认可，至今仍在科学技术创新中发挥着重要的指导作用。

摘自清华出版社授权的《科学技术史与方法论》

推荐:一本“透视”科学技术史、科学技术史和方法论的书