物理学史-伽利略•伽利雷（四）

故事

伽利略于1564年出生在意大利城市比萨，紧挨着著名的比萨斜塔。他的父亲是一个破产的贵族。当伽利略来到这个世界时，他的家庭已经很穷了。17岁时，伽利略进入了比萨大学。在大学里，伽利略不仅努力学习，而且喜欢向老师提问。即使人们习惯了一些常见的现象，他也会打破砂锅问到底。

眼睛盯着天花板

有一次，他站在比萨的天主教堂里，盯着天花板，一动不动。他在做什么？原来他用右手按下左手的脉搏，看着灯在天花板上来回摆动。他发现，尽管灯的摆动越来越弱，每次摆动的距离逐渐缩短，但每次摆动所需的时间是一样的。所以伽利略做了一个适当长度的钟摆，测量了脉冲的速度和均匀性。从这里，他发现了钟摆法则。这只钟是根据他发现的这条规则制造的。

当他离开学校时，他努力自学。

家庭生活的贫困迫使伽利略提前离开大学。辍学后，伽利略仍然在家努力学习数学。由于他的不断努力，他在数学研究方面取得了突出的成就。与此同时，他还发明了比重秤，并写了一篇题为《固体的重心》的论文。此时，21岁的伽利略已经闻名全国。人们称他为“当代的阿基米德”。他25岁时，比萨大学破例聘请他为数学教授。

伽利略·伽利雷

世界著名的落体实验

在伽利略之前，古希腊的亚里士多德认为物体的下落速度是不同的。它的下落速度与其重量成正比。物体越重，下落越快。例如，一个10公斤重的物体下落的速度是一个1公斤重的物体的10倍。

从1700年前开始，人们就一直认为这种违反自然规律的理论是毫无疑问的真理。年轻的伽利略基于自己的经验推理，大胆质疑亚里士多德的理论。经过仔细考虑，他决定自己做一个实验。他选择了比萨斜塔作为实验场地。这一天，他带来了两个大小相同但重量不同的铁球，一个重10磅，是实心的。另一个重1磅，是空心的。伽利略站在比萨斜塔的上方，看着它的下方。塔里挤满了前来观看的人，每个人都在说话。有些人讽刺地说:“这个年轻人一定是精神有问题！亚里士多德的理论不可能是错误的！”实验开始了。伽利略双手拿着一个铁球喊道:“下面的人，你们可以清楚地看到铁球将要落下。”说完后，他同时张开了双手。人们看到两个铁球平行落下，几乎同时落在地上。所有人都傻眼了。伽利略的实验揭示了下落物体的秘密，推翻了亚里士多德的理论。这个实验在物理学史上具有划时代的意义。

制造了第一架望远镜。

哥白尼是一位杰出的波兰天文学家。经过40年的天文观测，他提出了日心说。他认为宇宙的中心是太阳，而不是地球。地球是一颗普通的行星，它围绕太阳旋转。伽利略很久以前就相信哥白尼的“日心说”。1608年6月的一天，伽利略发现了一个一端有凸面镜、另一端有凹面镜的空管，这使它成为世界上第一台小型天文望远镜。实验表明，它可以将原物体放大3倍。伽利略不满意。他进一步改进，又做了一个。他带着望远镜跑到海边，看到巨浪翻滚，看不到船。然而，当他拿起望远镜向远处看时，一艘船正从远处向岸边驶来。实践证明，它可以放大8倍。伽利略不断改进并成功了。最后，他的望远镜可以将原始物体放大32倍。

证实了哥白尼的“日心说”

每天晚上，伽利略用他的望远镜观察月亮。他看到了月球上的高山和深谷，以及火山的裂缝。后来，他开始观察太空，探索宇宙的奥秘。他发现银河系由许多小恒星组成。他还发现太阳上有黑点，这些黑点的位置在不断变化。因此，他断定太阳本身也在旋转。伽利略沉浸在观察中，用无可辩驳的事实证明了地球绕着太阳转，而太阳只是一颗普通的恒星，从而证明了哥白尼理论的正确性。1610年，伽利略发表了著名的《星际信使》。人们羡慕地说:“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新的宇宙。”

简介

伽利略是伟大的意大利物理学家和天文学家，也是科学革命的先驱。在历史上，他首先在科学实验的基础上整合了数学、物理学和天文学，扩展、深化和改变了人类对物质运动和宇宙的理解。为了证明和传播哥白尼的日心说，伽利略献出了他的一生。结果，他在晚年受到教会的迫害，并被终身监禁。通过系统的实验和观察，他推翻了亚里士多德纯粹思辨的传统自然观，开创了基于实验事实和严格逻辑体系的现代科学。因此，他被称为“现代科学之父”。他的工作为牛顿理论体系的建立奠定了基础。

早期活动

伽利略于1564年2月15日出生在比萨。他的父亲芬恩·岑齐奥·加利莱精通音乐理论和声学，并写了《音乐对话》一书。这家人于1574年搬到了佛罗伦萨。伽利略年轻时受他父亲的影响，对音乐、诗歌、绘画和机械非常感兴趣。像他父亲一样，他不迷信权威。17岁时，他遵照父亲的命令在比萨大学学习医学。然而，他对医学感到厌倦。课后，他对向著名学者o Ritchie学习欧几里德几何和阿基米德静力学非常感兴趣。

1583年，伽利略注意到比萨教堂的吊灯摆动。然后，他用一个金属丝悬挂的铜球做了一个模拟(单摆)实验，以确认微小摆动的等时性和摆长对周期的影响，从而创造了一个测量短时间间隔的脉冲计。1585年，由于家境贫寒，他辍学当了一名家庭教师，但他仍然努力自学。1586年，他发明了浮力天平，并写了论文《小天平》。

1587年，他把他关于固体重心计算的论文带到罗马大学，向著名的数学家和日历学家c·克拉维斯教授请教，他受到了极大的赞扬和鼓励。克拉维斯从罗马大学的p·瓦拉教授那里带回了他的关于逻辑和自然哲学的讲稿，这对他今后的工作大有帮助。

1588年，他在佛罗伦萨研究所就但丁神曲中的炼狱概念发表了学术演讲。他的文学和数学天赋受到了极大的赞扬。第二年，他发表了几篇关于固体重心计算方法的论文，包括一些新的静力学定理。由于这些成就，比萨大学聘请他教授几何和天文学。第二年他发现了摆线。

当时，比萨大学的教科书都是亚里士多德学派的学者写的。这些书充满了神学和形而上学的教条。伽利略经常表达尖锐的反对意见，因此受到学校的歧视和排斥。当他的父亲在1591年因病去世，家庭负担加重时，他决定离开比萨。

帕多瓦时期

1592年，伽利略转到帕多瓦大学任教。帕多瓦属于威尼斯公国，远离罗马，不受梵蒂冈直接控制，学术思想相对*。在这种良好的氛围中，他经常参加学校内外的各种学术和文化活动，与有各种想法和观点的同事争论。此时，他在借鉴塔尔塔利亚、贝尼代蒂、科门蒂诺等人的数学和力学研究成果的同时，经常视察工厂、车间、矿山以及各种军事和民用项目，与各行各业的技术人员广交朋友，帮助他们解决技术问题，汲取生产技术知识和各种新经验，并从中获得灵感。

在此期间，他深入系统地研究了落体运动、抛射运动、静力学、水力学以及一些民用和军用建筑。惯性原理被发现，温度计和望远镜被发明。

1597年，他从j·开普勒那里收到了一本名为《神秘的宇宙》的书，并开始相信日心说，承认地球有两种运动:公转和自转。但此时，他被柏拉图最自然、最完美的圆周运动思想深深打动，以至于对开普勒的行星椭圆轨道理论不感兴趣。

1604年，超新星出现在天空，持续了18个月。他借此机会在威尼斯做了几次科普讲座，宣传哥白尼。因为精彩的演讲，观众一个接一个增加，最终达到一千多人。

1609年7月，据广泛报道，一位荷兰眼镜商发明了一种供人们欣赏的望远镜。他没有看到真实的东西，以为将来他会做一个带有风琴管和凸凹透镜的望远镜。放大倍数是3，然后增加到9。他邀请威尼斯参*到塔顶，用双筒望远镜观察远处的景色。所有的观众都感到惊喜。参议院随后决定他将成为帕多瓦大学的终身教授。1610年初，他将望远镜的放大率提高到33，以观察太阳、月亮和星星。有许多新的发现，如月球表面不平，太阳从月球和其他行星反射的光，水星有四个卫星，银河系是众多发光体的交汇点，土星有各种椭圆形等。打开了一个新的天文学世界。今年三月，他出版了他的书《星际信使》，震惊了整个欧洲。后来，人们发现金星的盈亏及其大小发生了变化，这有力地支持了日心说。

伽利略后来回顾了他在帕多瓦的18年，认为这是他一生中工作最发达、精神最放松的时期。事实上，这也是他一生中取得最大学术成就的时期。

托斯卡纳时期

伽利略在过去20年里在物理学和天文学方面取得的丰硕成果激起了他更大的学术抱负。为了获得足够的时间致力于科学研究，1610年春，他辞去了大学教师的职务，接受了托斯卡纳大公的邀请，在法庭上担任首席数学家和哲学家的临时职务，并在比萨大学担任首席数学教授的荣誉职务。

为了保护科学不受教会干扰，伽利略多次去罗马。1611年，他第二次去罗马，因为他在天文学上的发现赢得了宗教、政治和学术界的认可。在罗马，他受到包括教皇保罗五世和几位高级主教在内的精英人士的热烈欢迎，并被林赛研究所接纳为院士。当时，耶稣会教士承认了他的观察，但不同意他的解释。今年5月，几位高级教士在罗马大学的一次会议上公开宣布了伽利略在天文学方面的成就。

同年，他观察了太阳黑子及其运动，比较了太阳黑子的运动规律和圆周运动的投影原理，证明了太阳黑子在太阳表面。他还发现太阳会旋转。1613年，他发表了三篇关于太阳黑子问题的通信文章。此外，在1612年，他出版了一本名为“关于水中漂浮物体的对话”的书。

1615年，一个骗人的教士团体和教会中许多反对伽利略的人联合攻击伽利略为哥白尼辩护的论点，指责他违反了基督教原则。听到这个消息后，他在冬天第三次去罗马，试图挽回自己的声誉，希望梵蒂冈不会因为坚持哥白尼的观点而受到惩罚，也不会公开压制他传播哥白尼的理论。梵蒂冈默许了前一项请求，但拒绝了后一项请求。教皇保罗五世于1616年颁布了著名的“1616年禁令”，禁止他口头或书面维护、教导或捍卫日心说。

1624年，他第四次去罗马，希望他的老朋友，新教皇乌尔班八世，会同情和理解他捍卫新兴科学活力的愿望。他曾六次接见，试图解释日心说可以与基督教教义相协调，说“圣经教导人们如何进入天国，而不是天体如何工作”；并试图说服一些大主教，但无济于事。城市八世坚持“1616禁令”不变。他只被允许同时写一本介绍日心说和地心说的书，但是他对这两种理论的态度不应该有偏见，这两种理论都应该作为数学假设来写。在这艰苦的一年里，他开发了一种显微镜，“可以把苍蝇放大成母鸡。”

在随后的六年里，他写了一本题为《托勒密和哥白尼两个世界体系之间的对话》的书(见彩色图片《影子》(见伽利略的著名著作《两个世界体系之间的对话》扉页(1632))。中译本，上海外国自然科学哲学著作汇编组译，上海人民出版社，1974年)。1630年，他第五次去罗马，并获得了这本书的“出版许可证”。这本书终于在1632年出版了。从表面上看，这本书是中性的，但实际上它为哥白尼体系辩护，并对教皇和主教们进行了许多含蓄的讽刺，这远远超出了仅仅基于数学假设的讨论范围。这本书风格幽默，被列为意大利文学史上的文学杰作。

罗马教廷的迫害与晚年生活

《对话》出版六个月后，罗马教廷下令停止销售，认为提交人公然违反了1616年的禁令，问题严重，需要紧急审查。事实证明，一些人激怒了教皇乌尔班八世，他们说伽利略在《对话》中用头脑简单、老套的辛普利西欧的话作为教皇的惯用短语，发表了一些荒谬和错误的言论，这让他大为恼火。曾经支持他成为教皇的团体强烈主张，伽利略应该受到严厉惩罚，而神圣罗马帝国和西班牙王国认为，纵容伽利略将对各国的异端邪说产生重大影响，并发出了联合警告。在这些内部和外部的压力和挑衅下，教皇不顾他过去的友谊，在今年秋天发布了一项命令，要求伽利略去罗马宗教裁判所接受审判。

伽利略审判，1632年

年近70、体弱多病的伽利略在寒冷的冬天*去罗马，并在严厉惩罚的威胁下被审问了三次。根本没有任何借口。经过几次折磨后，1633年6月22日，10位红衣主教终于在圣玛丽修道院的大厅里共同宣布了他们的名字，主要是因为他们违反了“1616年禁令”和圣经教义。伽利略*跪在冰冷的石头地板上，签署了梵蒂冈已经写好的“忏悔书”。审判长宣布:伽利略被判无期徒刑；《对话》必须烧毁，禁止出版或重印他的其他作品。判决立即传达给了整个天主教世界，所有有大学的城市都被要求集合起来，作为一个例子来朗读。

伽利略既是一位勤奋的科学家，又是一位虔诚的天主教徒，他坚信科学家的任务是探索自然规律，而教会的职能是管理人们的灵魂，不应相互侵犯。因此，他在受审前不想逃跑，受审时也没有公开反抗，而是始终服从教廷的处置。他认为教廷在神学范围之外行使权力是非常不明智的，但他只能私下抱怨。显然，布鲁诺被烧死和坎帕内拉被长期监禁给他的精神蒙上了可怕的阴影。

宗教裁判所的判决后来改为软禁。他的学生和老朋友大主教被任命在锡耶纳的私人住宅照顾他。禁止接待访客，每天都要上交书写材料。在皮科洛米尼一丝不苟的关心和鼓励下，伽利略振作起来，接受了皮科洛米尼的建议，继续研究无争议的物理学。因此，他仍然使用《对话》中的三个对话人物，将他最成熟的科学思想和科研成果写成《关于两种新科学的对话》和《数学证明对话集》的对话体裁和相对简单的写作风格。两个新的科学涉及材料力学(见弹性)和动力学。手稿于1636年完成，由于教会禁止出版他的任何作品，他不得不委托一位威尼斯朋友秘密携带它出国，并于1638年在荷兰莱顿出版。

就在伽利略在皮科洛米尼的家里呆了五个月后，有人给梵蒂冈写了一封匿名信，指责皮科洛米尼对伽利略很好。那年12月，梵蒂冈命令伽利略在他的大女儿弗吉尼亚的照顾下，搬到他在佛罗伦萨附近的契特里的故居，禁令仍然有效。她很好地照顾了她的父亲，但是在他父亲去世前四个月去世了。

伽利略多次要求外出接受治疗，但没有被允许。1637年失明。直到第二年，他才被允许住在他儿子的房子里。在此期间，除了托斯卡纳大公，著名的英国诗人和政治评论家米尔顿和法国科学家和哲学家加萨尼也拜访了他。他的学生和老朋友b .卡斯塔也和他讨论了使用木制卫星计算地面经度的问题。此时，梵蒂冈对他的限制和监视已经明显放松。

1639年夏天，伽利略被允许接受18岁聪明好学的维维亚尼作为他的最后一个学生，并照顾他。这个年轻人让他非常满意。1641年10月，卡斯塔伊介绍他的学生和前秘书托里切利陪同他。他们与失明的老科学家讨论了如何利用钟摆等时线设计机械钟。他们还讨论了碰撞理论、月球天平动、大气压力下矿井水柱高度等问题。因此，他在去世前一直从事科学研究。

伽利略于1642年1月8日因病去世。葬礼仪式仓促而粗鲁。直到下个世纪，伽利略的遗体才被转移到他家乡的大教堂。

国际天文年

为了纪念伽利略发明折射望远镜400周年，联合国将2009年定为国际天文年。

为了纪念伽利略，在天文年举办了“天文24小时”、“百万伽利略望远镜”和“路边天文年”等活动。中国的“幕府天文论坛”和“天文爱好者”杂志在中国组织活动。

著名格言

“追求科学需要特殊的勇气。思考是人类最大的幸福。”

“生活就像一个铁砧。撞击得越多，发出的火花就越多。”

“你不能教别人任何东西，你只能帮助别人找到一些东西。”

“科学与人无关。”

"真理不在尘封的权威著作中，而在宇宙和自然中，在伟大的无字书中."

"世界是一本用数学语言写的书."

"所有的推理都必须来自观察和实验."-伽利略