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近代科学之父——伽利略

 yjj0691 2010-07-10
   伽利略·伽利雷 (1564~1642) 是意大利文艺复兴后期伟大的意大利天文学家、力学家、哲学家、物理学家、数学家,也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”。

    伽利略1564年2月15日生于比萨,1642年1月8日卒于比萨。他出身没落的名门贵族家庭。伽利略的父亲是一位不得志的音乐家,精通希腊文和拉丁文,对数学也颇有造诣。因此,伽利略从小受到了良好的家庭教育。

    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,印刷术的发明,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。

    伽利略在十二岁时,进入佛罗伦萨附近的瓦洛姆布洛萨修道院,接受古典教育。十七岁时,他进入比萨大学学医,同时潜心钻研物理学和数学。由于家庭经济困难,伽利略没有拿到毕业证书,便离开了比萨大学。在艰苦的环境下,他仍坚持科学研究,攻读了欧几里德和阿基米德的许多著作,做了许多实验,并发表了许多有影响的论文,从而受到了当时学术界的高度重视,被誉为“当代的阿基米德”。

    伽利略在25岁时被比萨大学的数学教授。两年后,伽利略因为著名的比萨斜塔实验,触怒了教会,失去这份工作。

    伽利略离开比萨大学后,于1592年去威尼斯的帕多瓦大学任教,担任数学、科学和天文学教授,一直到1610年。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。

  从此,伽利略迎来了一生中的黄金时代。

    发明望远镜

    伽利略在帕多瓦大学工作的18年间,最初把主要精力放在他一直感兴趣的力学研究方面,他发现了物理上重要的现象——物体运动的惯性;做过有名的斜面实践,总结了物体下落的距离与所经过的时间之间的数量关系;他还研究了炮弹的运动,奠定了抛物线理论的基础;关于加速度这个概念,也是他第一个明确提出的。

    一个偶然的事件,使伽利略改变了研究方向。他从力学和物理学的研究转向广漠无垠的茫茫太空了。

  那是1604年的冬天,在南方的天空突然出现一颗异常明亮的星星,这颗宇宙的不速之客吸引着许多人的注意,而后又在第二年的秋天神秘地消失。人们不禁提出一连串的疑问,这是一颗什么样的星?它从哪里来,又到哪里去?夜空中的点点繁星究竟是按照怎样的规律运动的?但是,所有这些问题,谁也说不清楚。

  伽利略每天晚上都在观察着那颗神秘的星辰,只要天气晴朗,他是决不放过这千载难逢的机会的。他的脑海也不断浮想出许许多多问题,他越来越感到,人类对宇宙的秘密了解得太少了。

  但是,光凭肉眼观察毕竟是有限的,当时还没有发明望远镜。伽利略一直在想,能不能想办法使人的视力更加锐敏,更加扩展,像神话中的千里眼那样可以看清遥远的星星呢?

  转眼到了1609年6月,伽利略听到一个消息,说是荷兰有个眼镜商人利帕希在一偶尔的发现中,用一种镜片看见了远处肉眼看不见的东西。“这难道不正是我需要的千里眼吗?”伽利略非常高兴。不久,伽利略的一个学生从巴黎来信,进一步证实这个消息的准确性,信中说尽管不知道利帕希是怎样做的,但是这个眼镜商人肯定是制造了一个镜管,用它可以使物体放大许多倍。

  伽利略小心翼翼地把一片大一点的凸透镜安在管子的一端,另一端安上一片小一点的凹透镜,然后把管子对着窗外。当他从凹透镜的一端望去时,奇迹出现了,那远处的教堂仿佛近在眼前,可以清晰地看见钟楼上的十字架,甚至连一只在十字架上落脚的鸽子也看得非常逼真。

  伽利略制成望远镜的消息马上传开了。“我制成望远镜的消息传到威尼斯”,在一封写给妹夫的信里,伽利略写道:“一星期之后,就命我把望远镜呈献给议长和议员们观看,他们感到非常惊奇。绅士和议员们,虽然年纪很大了,但都按次序登上威尼斯的最高钟楼,眺望远在港外的船只,看得都很清楚;如果没有我的望远镜,就是眺望两个小时,也看不见。这仪器的效用可使50英里的以外的物体,看起来就像在5英里以内那样。”

  伽利略发明的望远镜,经过不断改进,放大率提高到30倍以上,能把实物放大1000倍。现在,他犹如有了千里眼,可以窥探宇宙的秘密了。

  这是天文学研究中具有划时代意义的一次革命,几千年来天文学家单靠肉眼观察日月星辰的时代结束了,代之而起的是光学望远镜,有了这种有力的武器,近代天文学的大门被打开了。

    现在,每当星光灿烂或是皓月当空的夜晚,伽利略便把他的望远镜瞄准深邃遥远的苍穹,不顾疲劳和寒冷,夜复一夜地观察着。这一段时期是伽利略从事科学研究的黄金时期。在这里,他在力学、天文学等各方面都取得了累累硕果。

    过去,人们一直以为月亮是个光滑的天体,像太阳一样自身发光。但是伽利略透过望远镜发现,月亮和我们生存的地球一样,有高峻的山脉,也有低凹的洼地 (当时伽利略称它是“海”)。他还从月亮上亮的和暗的部分的移动,发现了月亮自身并不能发光,月亮的光是从太阳那里得来的。

  伽利略又把望远镜对准横贯天穹的银河,以前人们一直认为银河是地球上的水蒸汽凝成的白雾,亚里斯多德就是这样认为的。伽利略决定用望远镜检验这一说法是否正确。他用望远镜对准夜空中雾蒙蒙的光带,不禁大吃一惊,原来那根本不是云雾,而是千千万万颗星星聚集一起。伽利略还观察了天空中的斑斑云彩——即通常所说的星团,发现星团也是很多星体聚集一起,像猎户座星团、金牛座的昂星团、蜂巢星团都是如此。

  伽利略的望远镜揭开了一个又一个宇宙的秘密,他发现了木星周围环绕着它运动的卫星,还计算了它们的运行周期。现在我们知道,木星共有 14颗卫星,伽利略所发现的是其中最大的四颗。除此之外,伽利略还用望远镜观察到太阳的黑子,他通过黑子的移动现象推断,太阳也是在转动的。

  一个又一个振奋人心的发现,足使伽利略动笔写一本最新的天文学发现的书,他要向全世界公布他的观测结果。1610年,伽利略把他的著作以通俗读物的形式发表出来,取名为《星空信使》,这本书在威尼斯出版,轰动了当时的欧洲,也为伽利略赢得了崇高的荣誉。

    但是,他没有想到,望远镜揭开的宇宙的秘密大大触怒了很多人,一场可怕的厄运即将降临在这位杰出的科学家的头上。

  1615年冬季的一天,天气寒冷异常,天空笼罩着阴沉的乌云,伽利略孤身一人来到罗马。5年前的1610年,伽利略告别了帕多瓦大学,回到佛罗伦萨,担任了托斯坎尼公国的宫廷数学家和哲学家,兼任比萨大学的数学教授。也就在这年,他曾经访问过罗马,受到热情的接待和规格很高的礼遇。他在天文学上一系列新发现和望远镜的发明,受到罗马教皇保罗五世的重视,罗马的贵族和科学家也以结识他而感到荣耀。可是,仅仅事隔5年,罗马的脸孔完全变了,没有鲜花和笑脸,到处是冷漠的没有表情的面孔,连熟悉的人也像躲避瘟疫似地离他远远的。

  原来这一次,伽利略的名字上了罗马宗教裁判所的黑名单,他是被臭名昭著的宗教裁判所传讯到罗马来接受对他的审讯的。

  15、16世纪的欧洲,正是封建社会向资本主义社会转变的关键时期。长期以来,为了巩固封建统治的秩序,神权统治的欧洲,用神学代替了科学,用野蛮代替了自由。神学家们荒诞地宣称,宇宙是一个充满“各种等级的天使和一个套着一个的水晶球”,而静止不动的地球就居于这些水晶球的中心。他们推崇古希腊天文学家托勒玫的“地球是宇宙中心”的学说,因为在神学家看来,太阳是围绕地球运转的,因为上帝创造太阳的目的,就是要照亮地球,施恩于人类。这是永恒不变、颠扑不破的真理。

  为了维护这个荒谬的理论,天主教会的宗教裁判所不惜用恐怖的暴力对付一切敢于提出异议的人们。1327年,意大利天文学家采科·达斯科里活活被烧死,他的罪名只不过说了地球是球状,在另一个半球上也有人类居住,却因违背圣经的教义惨遭迫害。1600年2月17日,意大利哲学家布鲁诺,在罗马百花广场被活活烧死,也是因为他到处宣传了哥白尼的学说,动摇了地球中心说。

  伽利略是布鲁诺的同时代人,早在帕多瓦大学执教时,他就读过哥白尼的著作《试论天体运行的假说》。这位杰出的波兰天文学家在这本书中大胆地提出太阳是太阳系的中心,地球和其他行星都围绕着太阳运转的理论,即太阳中心说,一开始就引起伽利略的极大兴趣。但是伽利略是个科学态度十分严肃的学者,他想,过去都说是太阳围着地球运转,哥白尼却提出相反的看法,到底哪一个正确呢?伽利略没有轻率地下结论,他决定用自己的望远镜来证实谁是谁非。

  当伽利略的著作《星空信使》出版时,他已是一个哥白尼学说坚定的支持者了。伽利略通过自己的观测和研究,逐渐认识到哥白尼的学说是正确的,而托勒玫的地球中心说是错误的,亚里斯多德的许多观点也是站不住脚的。伽利略不仅发表了批驳亚里斯多德的论文,还通过书信毫不掩饰地支持哥白尼的学说,甚至把信件的副本直接寄给罗马教会。在伽利略看来,科学家的良心就是追随真理。

  但是,罗马教廷是决不会放过伽利略的,他们先是对伽利略发出措辞严厉的警告,继而把他召到罗马进行审讯。1616年2月,宗教裁判所宣布,不许伽利略再宣传哥白尼的学说,无论是讲课或写作,都不得再把哥白尼学说说成是真理。

  伽利略不会忘记,16年前布鲁诺就是被这些披着黑色道袍、道貌岸然的上帝的卫道士活活烧死的。他如果敢于反抗,下场绝不会比布鲁诺更好。

  在教会的淫威下,伽利略被迫作了放弃哥白尼学说的声明。他怀着极其痛苦的心情回到佛罗伦萨,在沉默中度过了好些年。

  但是伽利略的内心深处并没有放弃哥白尼学说,相反,继续不断的观测和深入研究,使他更加坚信哥白尼学说是完全正确的科学理论。在佛罗伦萨郊外的锡尼别墅里,伽利略过着与世隔绝的生活,他的身体大不如前,病魔在残酷地折磨他,但是他依然念念不忘宣传哥白尼的学说。经过长久的酝酿构思,用了差不多5年时间,一部伟大的著作《关于两种世界体系的对话》终于诞生了。

  《关于两种世界体系的对话》表面上是以三个人对话的形式,客观地讨论托勒玫的地心说与哥白尼的日心说,对谁是谁非进行没有偏见的探讨。但是当这本书好不容易在1632年2月出版时,细心的读者不难看出,这本书以充分的论据和大量无可争辩的事实,有力地批判了亚里斯多德和托勒密的错误理论,科学地论证哥白尼的地动说,宣告了宗教神学的彻底破产。

  很快,嗅觉比猎狗还灵的教会嗅出了这本书包含的可怕思想,从字里行间流露出来的大胆结论使神学家们感到极大恐慌。那些早就对伽利略心怀不满的学术骗子立即和教会勾结,罗织罪名,阴谋策划,为迫害伽利略大造舆论。

  科学和神学不可调和的斗争爆发了。1632年8月,罗马宗教裁判所下令禁止这本书出售,并且由罗马教皇指名组织一个专门委员会对这本书进行审查。伽利略预感到大祸临头,果然,到了10月,他接到了宗教裁判所要他去罗马接受审讯的一纸公文。

  这时候的伽利略已是69岁的老人,病魔缠身,行动不便,许多关心他的人到处为他说情,但是罗马教皇恼怒地说:“除非证明他不能行动,否则在必要时就给他带上手铐押来罗马!”

  就这样,1633年初,伽利略抱病来到罗马。他一到罗马便失去自由,关进了宗教裁判所的牢狱,并且不准任何人和他接触。

  人类历史上一次骇人听闻的迫害就这样开始了。在罗马宗教裁判所充满血腥和恐怖的法庭上,真理遭到谬误的否决,科学受到神权的审判。那些满脸杀机的教会法官们,用火刑威胁伽利略放弃自己的信仰,否则他们就要对他处以极刑。

      伽利略的晚年生活极其悲惨,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,伟大的伽利略——为科学、为真理奋斗一生的战士,科学巨人离开了人世,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。”

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