捍■卫真理的科学战士——伽俐略
伽俐略(1564年—1642年)是意大利文艺复兴后期伟大的天文学家、物理学家、力学家和哲学家,也是近代实验物理学的开拓者。他是为维护真理而不屈不挠的战士。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”。
伽俐略于1564年2月15日出生于意大利西部海岸的比萨城,他原籍佛罗伦萨,出身于没落的名门贵族家庭。伽俐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,伽俐略从小受到了良好的家庭教育。
伽俐略在12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。17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,伽俐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,攻读了欧几里得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”。
在亚里士多德学说占统治地位的时代,伽俐略却对其物理学抱怀疑态度,相反,他特别重视对阿基米德物理学的研究,重视理论联系实际,注意观察各种自然现象,思考各种问题。在伽俐略18岁那年,一次到比萨教堂去做礼拜,他注意到,教堂里悬挂的那些长明灯被风吹得一左一右有规律地摆动,他按自己脉搏的跳动来计时,发现它们往复运动的时间总是相等的。就这样,他发现了摆钟的等时性,后来荷兰物理学家惠更斯根据这个原理制成挂摆时钟,人们称之为“伽俐略钟”。
伽俐略根据阿基米德的学说,作了迅速确定合金成分的流体静力天平的研究,发明了可以测定物质密度的“小天平”,写出了名为《小天平》的论文。后来他又潜心研究了物体重心的几何学,并于1588年,发表了《固体的重心》的论文,引起学术界的注意,第二年,在友人的推荐下,伽俐略被比萨大学聘任为数学教授。
亚里士多德认为两个物体从同一高度落下,重的比轻的先着地。但伽俐略经过反复的研究与实验,得出了与之截然相反的结论:物体下落的快慢与重量无关。1590年,伽俐略在比萨斜塔公开做了落体实验,验证了亚里士多德的说法是错误的,使统治人们思想长达2000多年的亚里士多德的学说第一次发生动摇。而应邀前来观看的一些著名学者却否认自己亲眼见到的一切,他们群起攻击伽俐略。1591年,伽俐略被比萨大学解聘。
1592年,伽俐略来到威尼斯的帕多瓦大学任教,开始了他科学活动的黄金时期。在这一时期内,他研究了大量的物理学问题,如斜面运动、力的合成、抛射体运动等。他还对液体与热学做了研究,发明了温度计。1609年,伽俐略制成了天文望远镜,并用这台望远镜去探索宇宙的奥秘,他发现月球的表面凹凸不平,如高山深谷;木星有四颗卫星围绕它旋转,金星和月亮一样有盈有亏;土星有光环;太阳有黑子,能自转;银河是由千千万万颗暗淡的星星所组成。这些发现为哥白尼、布鲁诺的观点提供了有力的证据,对教会的信条进行了严厉的打击。(www.xing528.com)
第二年,他出版了《星际使者》,通俗地向读者介绍他观察到的天空现象,宣传了他的观点。这部著作在欧洲引起了极大的轰动,伽俐略因此被称为“天空的哥伦布”。1613年,他在罗马发表了《论太阳黑子》。该书以书信形式明确指出了哥白尼学说是正确的,托勒密学说是错误的。由此,伽俐略触怒了教会,开始受到宗教裁制所的审讯。
在教廷的压制下,伽俐略仍继续科学研究,在长期观察和研究天体运动的实践中,他更加坚信哥白尼学说的正确性。1632年1月,伽俐略在佛罗伦萨出版了《关于托勒密和哥白尼的两大世界体系的对话》。他在书中用三位学者对话的形式,作了四天的谈话。讨论了三个问题:第一,证明地球在运动;第二,充实哥白尼学说;第三,地球的潮汐。《对话》总结了伽俐略长期科研实践中的各种科学发现,宣告了托勒密“地心说”理论的破产,从根本上动摇了教会的最高权威,从而推动了唯物论思想的发展。这部著作一经出版便受到广大读者的欢迎。
1636年,伽俐略在监禁中偷偷地完成了他一生中另一部伟大的著作《关于两种新科学的对话》,该书于1638年在荷兰出版。这部伟大著作同样是以三人对话的形式写的。“第一天”是关于固体材料强度的问题,反驳了亚里士多德关于落体的速度依赖于其重量的观点;“第二天”是关于内聚作用的原因,讨论了杠杆原理的证明及梁的强度问题;“第三天”讨论了匀速运动和自然加速运动;“第四天”是关于抛射体运动的讨论。这一巨著从根本上否定了亚里士多德的运动学说。
伽俐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,使伽俐略双目失明。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,伟大的伽俐略——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。”
伽俐略的科学发现,不仅在物理学史上,而且在整个科学史上都占有极其重要的地位。他不仅纠正了统治欧洲近两千年的亚里士多德的错误观点,更创立了研究自然科学的新方法。伽俐略在总结自己的科学研究方法时说过,“这是第一次为新的方法打开了大门,这种将带来大量奇妙成果的新方法,在未来的年代里,会博得许多人的重视。”后来,惠更斯继续了伽俐略的研究工作,他导出了单摆的周期公式和向心加速度的数学表达式。牛顿在系统地总结了伽俐略、惠更斯等人的工作后,得到了“万有引力定律”和“牛顿运动三定律”。伽俐略留给后人的精神财富是宝贵的,爱因斯坦曾这样评价:“伽俐略的发现,以及他所用的科学推理方法,是人类思想史上最伟大的成就之一,而且标志着物理学的真正的开端!”
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