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伽利略

作者:转载     发布时间:2018-4-26 点击数:283

 人物简介

  伽利略·伽利雷(1564年2月25日-1642年1月8日)。世界著名科学家,他既是物理学家、天文学家又是发明家,他发明了温度计和天文望远镜。是近代实验物理学的开拓者,被誉为“近代科学之父”。他是为维护真理而进行不屈不挠的科学战士。恩格斯称他是“不管有何障碍,都能不顾一切而打破旧说,创立新说的巨人之一”。1564年2月25日生于比萨,历史上他首先并证明了同物质同形状的两个质量不同的物体下降速度一样快,他反对教会的陈规旧俗,由此,他晚年受到罗马天主教会迫害,并被终身监禁。他以系统的实验和观察推翻了亚里士多德诸多观点。因此,他被称为“近代科学之父”“现代观测天文学之父” 、“现代物理学之父”、“科学之父” 及“现代科学之父”。他的工作,为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。

  1642年1月8日卒于比萨。伽利略家族姓伽利莱(Galilei),他的全名是Galileo Galilei,但现已通行称呼他的名Galileo,而不称呼他的姓。因为翻译问题,所以姓众说纷纭,以伽利略为准。

  传说1590年,伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的著名试验,从此推翻了亚里士多德“物体下落速度和质量成比例”的学说,纠正了这个持续了1900年之久的错误结论。(但后来被严谨的考证否定了)

  伽利略在比萨斜塔上做实验,及结论

  (有历史记载的第一个完成这类试验的人是斯台文,在《自然科学史》中记载,荷兰人斯台文在1586年使用2个重量不同的铅球完成了这个试验,并证明了亚里士多德的理论是错误的。

  在斯台文试验的几个世纪以后,阿波罗15号的宇航员大卫·斯科特1971年8月2日在无空气月球表面上使用一把锤子和一根羽毛重复了这个试验,证明且让地球上的电视观众亲眼看到了这两个物体同时掉落在月球表面上。)[3]

  但是伽利略在比萨斜塔做试验的说法后来被严谨的考证否定了。尽管如此,来自世界各地的人们都要前往参观,他们把这座古塔看做是伽利略的纪念碑。

  1609年,伽利略创制了天文望远镜(后被称为伽利略望远镜),并用来观测天体。他发现了月球表面的凹凸不平,并亲手绘制了第一幅月面图。1610年1月7日,伽利略发现了木星的四颗卫星,为哥白尼学说找到了确凿的证据,标志着哥白尼学说开始走向胜利。借助于望远镜,伽利略还先后发现了土星光环、太阳黑子、太阳的自转、金星和水星的盈亏现象、月球的周日和周月天平动,以及银河是由无数恒星组成等等。这些发现开辟了天文学的新时代。

  伽利略为牛顿的牛顿第一定律和第二定律提供了启示。他非常重视数学在应用科学方法上的重要性,特别是实物与几何图形符合程度到多大的问题!他还推翻亚里士多德的话。他善于提问,不问个水落石出不罢休。许多高年级同学也经常因为被他问倒而难堪。

  伽利略著有《星际使者》《关于太阳黑子的书信》《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》《关于两门新科学的谈话和数学证明》和《试验者》。

  2人物生平

  从商经历

  1564年2月15日,伽利略·伽利雷出生在意大利西海岸比萨城一个破落的贵族之家。据说他的祖先是佛罗伦萨很有名望的医生,但是到了他的父亲伽利略·凡山杜这一代,家境日渐败落。凡山杜是个很有才华的音乐家,生前出版过几本牧歌和器乐作品,他的数学也很好,精通希腊文和拉丁文和英语,但是美妙的音乐不能填饱一家人的肚皮,他的数学才能也不能给他谋到一个好职位。大约在小伽利略出生不久,凡山杜在离比萨城不远的佛罗伦萨开了一间卖毛织品的小铺子,这完全是不得已的办法。但是为了维持一家人的生活,凡山杜只好违背自己的意愿去经商。伽利略是凡山杜的长子。父亲对儿子寄予很大希望。他发现,小伽利略非常聪明,从小对什么事物都充满强烈的好奇心。不仅如此,这个孩子心灵手巧,他似乎永远闲不住,不是画画,就是弹琴,而且时常给弟弟妹妹做许多灵巧的机动玩具,玩得十分开心。

  学习生涯

  伽利略最初进了佛伦勃罗萨修道院的学校。在这所学校,他专心学习哲学和宗教,有段时间,伽利略很想将来当一个献身教会的传教士。但是凡山杜听到这个情况后,立即把儿子带回家,他劝说伽利略去学医,这是他为儿子的未来早已设计好的一条路。

  17岁那年,伽利略进了著名的比萨大学,按照父亲的意愿,他当了医科学生。比萨大学是所古老的大学,学校图书馆藏书丰富,这很合伽利略的心意,但是伽利略对医学并没有多大兴趣,他很少上课,一上课就对教授们教课的内容提出这样那样的疑问,使教授们难于回答,在教授们的眼里,伽利略是个很不招人喜欢的坏学生。不过,伽利略只是兴趣不在医学,他孜孜不倦地学习数学、物理学等自然科学,并且以怀疑的眼光看待那些自古以来被人们奉为经典的学说。

  要知道,伽利略生活的时代,正是欧洲历史上著名的文艺复兴时代,而意大利又是文艺复兴的发源地。当时,意大利的许多大城市,如佛罗伦萨、热那亚和威尼斯,发展成东西方贸易的中心,建起了商号、手工作坊和最早的银行,出现了资本主义生产关系的萌芽。加上贸易往来的发达,印刷术的传播,新思想的传播比以往任何时候都更加迅速。于是,人们对千百年来束缚思想的宗教神学和传统教条开始产生了动摇。

  迷上数学

  当时,宫廷数学家玛窦·利奇渊博的学识,严密的逻辑性,特别是他在证明数学难题时的求证方法,使伽利略深深着迷。他眼睛亮了,仿佛发现了一个神奇无比的世界,这就是他梦寐以求的数学王国!他兴奋极了,立即找到宫廷数学家玛窦·利奇,向他提出了许多百思不得其解的问题。

  玛窦·利奇原是跟随托斯坎尼大公爵从佛罗伦萨来到比萨的,他给宫廷里的侍童讲数学,没有想到会有一个热心的听众,而且他提出的问题非常有趣,充分显示出超群的智慧和深厚的学识功底。

  当玛窦·利奇听说伽利略是比萨大学医科学生时,不禁脱口而出:“啊,伽利略,你是一个天才,你会成为一个杰出的数学家的。”

  伽利略的脸红了,他谈到自己对医学的厌倦,谈到父亲对他的期望,也倾诉了自己因为不能按照自己的意愿学习的苦恼。

  “别泄气。”玛窦·利奇和蔼地说:“你努力自学吧,有什么困难,任何时候我都是你忠诚的朋友。”

  伽利略越发刻苦钻研数学和物理学,他把从宫廷数学家那里借来的每一本书,都用心地阅读,像海绵吸水一样地吸收下来。但是,他并不是那种迷信书本的人,那些人们认为是真理的权威结论,在伽利略的脑子里常常带来意想不到的疑问,他常常为此而感到苦恼,陷入深深的思索之中。

  有一次,伽利略信步来到他熟悉的比萨大教堂,他坐在一张长凳上,目光凝视着那雕刻精美的祭坛和拱形的廊柱,蓦地,教堂大厅中央的巨灯晃动起来,是修理房屋的工人在那里安装吊灯。

  这本来是件很平常的事,吊灯像钟摆一样晃动,在空中划出看不见的圆弧。可是,伽利略却像触了电一样,目不转睛地跟踪着摆动的吊灯,同时,他用右手按着左腕的脉,计算着吊灯摆动一次脉搏跳动的次数,以此计算吊灯摆动的时间。

  这样计算的结果,伽利略发现了一个秘密,这就是吊灯摆一次的时间,不管圆弧大小,总是一样的。一开始,吊灯摆得很厉害,渐渐地,它慢了下来,可是,每摆动一次,脉搏跳动的次数是一样的。

  伽利略的脑子里翻腾开了,他想,书本上明明写着这样的结论,摆经过一个短弧要比经过长弧快些,这是古希腊哲学家亚里士多德的说法,谁也没有怀疑过。难道是自己的眼睛出了毛病,还是怎么回事。

  锋芒初显

  伽利略

  伽利略像发了狂似的跑回大学宿舍,关起门来重复做这个试验。他找了不同长度的绳子、铁链,还有不知从哪里搞到的铁球、木球。在房顶上,在窗外的树枝上,着迷地一次又一次重复,用沙漏记下摆动的时间。最后,伽利略不得不大胆地得出这样的结论:亚里士多德的结论是错误的,决定摆动周期的,是绳子的长度,和它末端的物体重量没有关系。而且,相同长度的摆绳,振动的周期是一样的。这就是伽利略发现的摆的运动规律。

  伽利略不用说多么高兴了。可是在当时,有谁会相信一个医科大学生的科学发现,何况他的结论是否定了大名鼎鼎的亚里士多德的权威说法。

  就在这时,凡山杜的铺子里越来越不景气,听说伽利略并没有按照自己的意愿学习医学,而是成天迷恋着不相干的实验,于是,严厉的父亲决定停止伽利略继续上大学,让他回家去当一个店员。

  伽利略灰心极了,他离开了比萨大学回到佛罗伦萨。但是他选择的道路却是不可动摇的。

 刻苦自学

  佛罗伦萨一条不太热闹的街道,有一个门面不大、生意清淡的铺子,这就是凡山杜开的毛织品商店。每天,当匆匆过往的行人经过这里时,总是可以看见红头发的伽利略呆呆地坐在柜台前出神,或者旁若无人的在那里摆弄着一些莫名其妙的东西,像秤盘呀,铁块呀,盘子呀;而更多的时候,他是埋头在书本里,他看得那样专心,就连他的父亲大声叫唤都听不见。

  自从回到家里,伽利略不得不违背自己的意愿在父亲的铺子里当一名店员,但是他的心里一时一刻也没有忘记数学和物理学。没有起码的学习条件,也没有老师可以求教,他就想方设法找到一些自然科学的书籍,以顽强的毅力刻苦自学。他最喜欢的书是欧几里得的《几何原本》和阿基米德的著作。

  《几何原本》是世界上流传下来最早的几何学著作,而希腊科学家欧几里得的著作,包含了丰富的数学与力学知识,特别是其中的一些物理实验,对伽利略有很大的吸引力。

  谈起实验,伽利略的兴趣最浓。还在比萨大学时,他就动手制作了一种用单摆原理制成的。

  “脉搏计”

  可以用来测量病人的脉搏跳动的情况,很受医生的欢迎。在父亲的铺子里,谈不上实验的条件,但他仍然用一些日常的器具来做实验,尽管这样做免不了又要挨父亲的骂,他还是照干不误。

  他从阿基米德检验国王皇冠的实验中受到启发,一面重复这个实验,一面想到这种方法的用途。当时欧洲各国的航海事业正在兴起,航海业带动了造船业和机械制造,采矿、冶金的发展,反过来又向科学技术提出许多新的问题。伽利略于是把他的注意力转向合金的物理和力学性质的研究,不久,他通过测定物体在水中的重量发现,物体投入水中减轻的重量,刚好等于它排开的水的重量。在这个重大发现的基础上,伽利略发明了一种比重秤,可以很方便地测定各种合金的比重。他还写了一篇论文,详细地介绍了比重秤的构造原理和使用方法。这件事,很快就在佛罗伦萨和其他城市传开了。

  各种脉搏计图(11张)

  1589年夏天,在佛罗伦萨的店铺里度过了4年自学生活的伽利略,由于得到宫廷数学家玛窦·利奇的鼓励,特别是贵族盖特保图侯爵的推荐,他终于获得了比萨大学数学和科学教授的职位。这时,他只有25岁。

  伽利略可以不必为生活发愁了,虽然工资不高,但是他可以在完成日常教学之外,专心从事他向往的科学研究。就在这不久,伽利略进行了本文一开头介绍的自由落体实验,他在比萨斜塔上扔下的铁球(后来经过严谨的证明,伽利略并没有来比萨斜塔上进行实验),不仅证明了不同重量的物体由同一高度下落时速度是相同的,更重要的是,这个大胆的结论推翻了亚里士多德的权威结论。在那些思想保守、头脑僵化的人眼里,这个举动无异于挖了他们的祖坟,亚里士多德的信徒们与伽利略开始势不两立了。在比萨大学呆了一个学期,伽利略又失去了职位。原因是他得罪了一个大公爵的亲戚乔范尼。这个乔范尼是个不学无术的人,他声称发明了一台挖泥船,假惺惺地跑来征求伽利略的意见。当伽利略仔细观察了挖泥船的模型后,直言不讳地告诉他,设计不合科学原理,根本不能使用。乔范尼碰了一鼻子灰,不但不接受伽利略的意见,反而固执地坚持下水实验,结果船沉了。事实证明伽利略的判断是完全正确的,但恼怒的乔范尼反而迁怒于伽利略,散布流言蜚语,攻击他是“阴险的人”。那些早就心怀不满的亚里士多德的信徒,乘机对他大肆攻击,一时间闹得满城风雨。在这种气氛中,伽利略无法在比萨大学呆下去了。

  伽利略再一次求助于盖特保图侯爵。这位珍惜人才的贵族再一次伸出友谊的手,他运用自己的影响,把伽利略推荐给帕多瓦大学,帕多瓦是意大利北部一个学术空气浓厚的小城,距离美丽的海滨城市威尼斯不远,属于威尼斯共和国管辖。1592年,28岁的伽利略被任命为帕多瓦大学的数学教授。

  黄金时代

  从此,伽利略迎来了一生中的黄金时代。

  之后, 伽利略在佛罗伦萨的宫廷里继续进行科学研究,但是他的天文学发现以及他的天文学著作明显的体现出了哥白尼日心说的观点。因此,伽利略开始受到教会的注意。1616年开始,伽利略开始受到罗马宗教裁判所长达二十多年的残酷迫害。

  伽利略的晚年生活非常悲惨,照料他的女儿赛丽斯特竟然先于他离开人世。失去爱女的过分悲伤,使伽利略双目失明。即使在这样的条件下,他依然没有放弃自己的科学研究工作。

  1642年1月8日,凌晨4时,为科学、为真理奋斗一生的战士,科学巨人——伽利略离开了人世,享年78岁。在他离开人世的前夕,他还重复着这样一句话:“追求科学需要特殊的勇气。”

  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,不受教廷直接控制,学术思想比较自由。在此良好气氛中,他经常参加校内外各种学术文化活动,与具有各种思想观点的同事论辩。此时他一面吸取前辈如N.F.塔尔塔利亚、G.B.贝内代蒂、 F.科门迪诺等人的数学与力学研究成果,一面经常考察工厂、作坊、矿井和各项军用民用工程,广泛结交各行各业的技术员工,帮他们解决技术难题,从中吸取生产技术知识和各种新经验,并得到启发。

  在此时期,他深入而系统地研究了落体运动、抛射体运动、静力学、水力学以及一些土木建筑和军事建筑等;发现了惯性原理,研制了温度计和望远镜。

  1597年,他收到J.开普勒赠阅的《神秘的宇宙》一书,开始相信日心说,承认地球有公转和自转两种运动。但这时他对柏拉图的圆运动最自然最完善的思想印象太深,以致对开普勒的行星椭圆轨道理论不感兴趣。

  1604年天空出现超新星,亮光持续18个月之久。他便趁机在威尼斯作几次科普演讲,宣传哥白尼学说。由于讲得精采动听,听众逐次增多,最后达千余人。

  1609年7月,盛传一荷兰眼镜工人发明了供人玩赏的望远镜。他未见到实物,思考几日后,用风琴管和凸凹透镜各一片制成一具望远镜,倍率为3,后又提高到9。他邀请威尼斯参议员到塔楼顶层用望远镜观看远景,观者无不惊喜万分。参议院随后决定他为帕多瓦大学的终身教授。1610年初,他又将望远镜放大率提高到33,用来观察日月星辰,新发现甚多,如月球表面高低不平,月球与其他行星所发的光都是太阳的反射光,水星有4颗卫星,银河原是无数发光体的总汇,土星有多变的椭圆外形等等,开辟了天文学的新天地。是年3月,出版了他的《星空信使》一书,震撼全欧。随后又发现金星盈亏与大小变化,这对日心说是一强有力的支持。

  伽利略日后回顾在帕多瓦的18年时,认为这是他一生中工作最开展、精神最舒畅的时期。事实上,这也是他一生中学术成就最多的时期。

  托斯卡纳时期

  20年来伽利略在物理学和天文学研究上的丰硕成果,激起了他学术上的更大企求。为了取得充裕时间致力于科学研究,1610年春,他辞去大学教职,接受托斯卡纳公国大公聘请,担任宫廷首席数学家和哲学家的闲职与比萨大学首席数学教授的荣誉职位。

  为了使科学免受教会干预,伽利略曾多次去罗马活动。1611年他第二次去罗马,目的在于赢得宗教、政治与学术界认可他在天文学上的发现。他在罗马受到包括教皇保罗五世和若干高级主教在内的上层人物的热情接待,并被林赛研究院接纳为院士。当时耶稣会的神父们承认他的观测事实,只是不同意他的解释。这年5月,在罗马大学的大会上,几个高职位的神父公开宣布了伽利略的天文学成就。

  同年,他观察到太阳黑子及其运动,对比黑子的运动规律和圆运动的投影原理,论证了太阳黑子是在太阳表面上;他还发现了太阳有自转。1613年他发表了3篇讨论太阳黑子问题的通信稿。另外,1612年他又出版了《水中浮体对话集》一书。

  1615年,一诡诈的教士集团和教会中许多与伽利略敌对的人联合攻击伽利略为哥白尼学说辩护的论点,控告他违反基督教义。他闻讯后,于是年冬第三次去罗马,力图挽回自己的声誉,企求教廷不因自己保持哥白尼观点而受到惩处,也不公开压制他宣传哥白尼学说,教廷默认了前一要求,但拒绝了后者。教皇保罗五世在1616年下达了著名的“1616年禁令”,禁止他以口头的或文字的形式保持、传授或捍卫日心说。

  1624年,他第四次去罗马,希望故友新任教皇乌尔邦八世能够同情并理解他的意愿,以维护新兴科学的生机。他先后谒见6次,力图说明日心说可以与基督教教义相协调,说“圣经是教人如何进天国,而不是教人知道天体是如何运转的”;并且试图以此说服一些大主教,但毫无效果。乌尔邦八世坚持“1616年禁令”不变;只允许他写一部同时介绍日心说和地心说的书,但对两种学说的态度不得有所偏倚,而且都要写成数学假设性的。在这辛勤奔波的一年里,他研制成了一台显微镜,“可将苍蝇放大成母鸡一般。”

  此后6年间,他撰写了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系对话》一书(书影(见彩图伽利略名著《两大世界体系的对话》扉页(1632))。中译本,上海外国自然科学哲学著作编译组译,上海人民出版社,1974)。1630年他第5次到罗马,取得了此书的“出版许可证”。此书终于在1632年出版了。此书在表面上保持中立,但实际上却为哥白尼体系辩护,并多处对教皇和主教隐含嘲讽,远远超出了仅以数学假设进行讨论的范围。全书笔调诙谐,在意大利文学史上列为文学名著。

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