近代科學之父——伽利略

伽利略·伽利雷 (1564~1642) 是義大利文藝復興後期偉大的義大利天文學家、力學家、哲學家、物理學家、數學家,也是近代實驗物理學的開拓者,被譽為「近代科學之父」。

他是為維護真理而進行不屈不撓的戰士。恩格斯稱他是「不管有何障礙,都能不顧一切而打破舊說,創立新說的巨人之一」。

伽利略1564年2月15日生於比薩,1642年1月8日卒於比薩。他出身沒落的名門貴族家庭。伽利略的父親是一位不得志的音樂家,精通希臘文和拉丁文,對數學也頗有造詣。因此,伽利略從小受到了良好的家庭教育。

伽利略生活的時代,正是歐洲歷史上著名的文藝復興時代,而義大利又是文藝復興的發源地。當時,義大利的許多大城市,如佛羅倫薩、熱那亞和威尼斯,發展成東西方貿易的中心,建起了商號、手工作坊和最早的銀行,出現了資本主義生產關係的萌芽。加上貿易往來的發達,印刷術的發明,新思想的傳播比以往任何時候都更加迅速。於是,人們對千百年來束縛思想的宗教神學和傳統教條開始產生了動搖。

伽利略在十二歲時,進入佛羅倫薩附近的瓦洛姆布洛薩修道院,接受古典教育。十七歲時,他進入比薩大學學醫,同時潛心鑽研物理學和數學。由於家庭經濟困難,伽利略沒有拿到畢業證書,便離開了比薩大學。在艱苦的環境下,他仍堅持科學研究,攻讀了歐幾里德和阿基米德的許多著作,做了許多實驗,並發表了許多有影響的論文,從而受到了當時學術界的高度重視,被譽為「當代的阿基米德」。

伽利略在25歲時被比薩大學的數學教授。兩年後,伽利略因為著名的比薩斜塔實驗,觸怒了教會,失去這份工作。

伽利略離開比薩大學後,於1592年去威尼斯的帕多瓦大學任教,擔任數學、科學和天文學教授,一直到1610年。帕多瓦是義大利北部一個學術空氣濃厚的小城,距離美麗的海濱城市威尼斯不遠,屬於威尼斯共和國管轄。

  從此,伽利略迎來了一生中的黃金時代。

發明望遠鏡

伽利略在帕多瓦大學工作的18年間,最初把主要精力放在他一直感興趣的力學研究方面,他發現了物理上重要的現象——物體運動的慣性;做過有名的斜面實踐,總結了物體下落的距離與所經過的時間之間的數量關係;他還研究了炮彈的運動,奠定了拋物線理論的基礎;關於加速度這個概念,也是他第一個明確提出的。

一個偶然的事件,使伽利略改變了研究方向。他從力學和物理學的研究轉向廣漠無垠的茫茫太空了。

  那是1604年的冬天,在南方的天空突然出現一顆異常明亮的星星,這顆宇宙的不速之客吸引著許多人的注意,而後又在第二年的秋天神秘地消失。人們不禁提出一連串的疑問,這是一顆什麼樣的星?它從哪裡來,又到哪裡去?夜空中的點點繁星究竟是按照怎樣的規律運動的?但是,所有這些問題,誰也說不清楚。

  伽利略每天晚上都在觀察著那顆神秘的星辰,只要天氣晴朗,他是決不放過這千載難逢的機會的。他的腦海也不斷浮想出許許多多問題,他越來越感到,人類對宇宙的秘密了解得太少了。

  但是,光憑肉眼觀察畢竟是有限的,當時還沒有發明望遠鏡。伽利略一直在想,能不能想辦法使人的視力更加銳敏,更加擴展,像神話中的千里眼那樣可以看清遙遠的星星呢?

  轉眼到了1609年6月,伽利略聽到一個消息,說是荷蘭有個眼鏡商人利帕希在一偶爾的發現中,用一種鏡片看見了遠處肉眼看不見的東西。「這難道不正是我需要的千里眼嗎?」伽利略非常高興。不久,伽利略的一個學生從巴黎來信,進一步證實這個消息的準確性,信中說儘管不知道利帕希是怎樣做的,但是這個眼鏡商人肯定是製造了一個鏡管,用它可以使物體放大許多倍。

  伽利略小心翼翼地把一片大一點的凸透鏡安在管子的一端,另一端安上一片小一點的凹透鏡,然後把管子對著窗外。當他從凹透鏡的一端望去時,奇蹟出現了,那遠處的教堂彷彿近在眼前,可以清晰地看見鐘樓上的十字架,甚至連一隻在十字架上落腳的鴿子也看得非常逼真。

  伽利略製成望遠鏡的消息馬上傳開了。「我製成望遠鏡的消息傳到威尼斯」,在一封寫給妹夫的信里,伽利略寫道:「一星期之後,就命我把望遠鏡呈獻給議長和議員們觀看,他們感到非常驚奇。紳士和議員們,雖然年紀很大了,但都按次序登上威尼斯的最高鐘樓,眺望遠在港外的船隻,看得都很清楚;如果沒有我的望遠鏡,就是眺望兩個小時,也看不見。這儀器的效用可使50英里的以外的物體,看起來就像在5英里以內那樣。」

  伽利略發明的望遠鏡,經過不斷改進,放大率提高到30倍以上,能把實物放大1000倍。現在,他猶如有了千里眼,可以窺探宇宙的秘密了。

  這是天文學研究中具有劃時代意義的一次革命,幾千年來天文學家單靠肉眼觀察日月星辰的時代結束了,代之而起的是光學望遠鏡,有了這種有力的武器,近代天文學的大門被打開了。

現在,每當星光燦爛或是皓月當空的夜晚,伽利略便把他的望遠鏡瞄準深邃遙遠的蒼穹,不顧疲勞和寒冷,夜復一夜地觀察著。這一段時期是伽利略從事科學研究的黃金時期。在這裡,他在力學、天文學等各方面都取得了累累碩果。

過去,人們一直以為月亮是個光滑的天體,像太陽一樣自身發光。但是伽利略透過望遠鏡發現,月亮和我們生存的地球一樣,有高峻的山脈,也有低凹的窪地 (當時伽利略稱它是「海」)。他還從月亮上亮的和暗的部分的移動,發現了月亮自身並不能發光,月亮的光是從太陽那裡得來的。

  伽利略又把望遠鏡對準橫貫天穹的銀河,以前人們一直認為銀河是地球上的水蒸汽凝成的白霧,亞里斯多德就是這樣認為的。伽利略決定用望遠鏡檢驗這一說法是否正確。他用望遠鏡對準夜空中霧蒙蒙的光帶,不禁大吃一驚,原來那根本不是雲霧,而是千千萬萬顆星星聚集一起。伽利略還觀察了天空中的斑斑雲彩——即通常所說的星團,發現星團也是很多星體聚集一起,像獵戶座星團、金牛座的昂星團、蜂巢星團都是如此。

  伽利略的望遠鏡揭開了一個又一個宇宙的秘密,他發現了木星周圍環繞著它運動的衛星,還計算了它們的運行周期。現在我們知道,木星共有 14顆衛星,伽利略所發現的是其中最大的四顆。除此之外,伽利略還用望遠鏡觀察到太陽的黑子,他通過黑子的移動現象推斷,太陽也是在轉動的。

  一個又一個振奮人心的發現,足使伽利略動筆寫一本最新的天文學發現的書,他要向全世界公布他的觀測結果。1610年,伽利略把他的著作以通俗讀物的形式發表出來,取名為《星空信使》,這本書在威尼斯出版,轟動了當時的歐洲,也為伽利略贏得了崇高的榮譽。

但是,他沒有想到,望遠鏡揭開的宇宙的秘密大大觸怒了很多人,一場可怕的厄運即將降臨在這位傑出的科學家的頭上。

  1615年冬季的一天,天氣寒冷異常,天空籠罩著陰沉的烏雲,伽利略孤身一人來到羅馬。5年前的1610年,伽利略告別了帕多瓦大學,回到佛羅倫薩,擔任了托斯坎尼公國的宮廷數學家和哲學家,兼任比薩大學的數學教授。也就在這年,他曾經訪問過羅馬,受到熱情的接待和規格很高的禮遇。他在天文學上一系列新發現和望遠鏡的發明,受到羅馬教皇保羅五世的重視,羅馬的貴族和科學家也以結識他而感到榮耀。可是,僅僅事隔5年,羅馬的臉孔完全變了,沒有鮮花和笑臉,到處是冷漠的沒有表情的面孔,連熟悉的人也像躲避瘟疫似地離他遠遠的。

  原來這一次,伽利略的名字上了羅馬宗教裁判所的黑名單,他是被臭名昭著的宗教裁判所傳訊到羅馬來接受對他的審訊的。

  15、16世紀的歐洲,正是封建社會向資本主義社會轉變的關鍵時期。長期以來,為了鞏固封建統治的秩序,神權統治的歐洲,用神學代替了科學,用野蠻代替了自由。神學家們荒誕地宣稱,宇宙是一個充滿「各種等級的天使和一個套著一個的水晶球」,而靜止不動的地球就居於這些水晶球的中心。他們推崇古希臘天文學家托勒玫的「地球是宇宙中心」的學說,因為在神學家看來,太陽是圍繞地球運轉的,因為上帝創造太陽的目的,就是要照亮地球,施恩於人類。這是永恆不變、顛撲不破的真理。

  為了維護這個荒謬的理論,天主教會的宗教裁判所不惜用恐怖的暴力對付一切敢於提出異議的人們。1327年,義大利天文學家采科·達斯科里活活被燒死,他的罪名只不過說了地球是球狀,在另一個半球上也有人類居住,卻因違背聖經的教義慘遭迫害。1600年2月17日,義大利哲學家布魯諾,在羅馬百花廣場被活活燒死,也是因為他到處宣傳了哥白尼的學說,動搖了地球中心說。

  伽利略是布魯諾的同時代人,早在帕多瓦大學執教時,他就讀過哥白尼的著作《試論天體運行的假說》。這位傑出的波蘭天文學家在這本書中大膽地提出太陽是太陽系的中心,地球和其他行星都圍繞著太陽運轉的理論,即太陽中心說,一開始就引起伽利略的極大興趣。但是伽利略是個科學態度十分嚴肅的學者,他想,過去都說是太陽圍著地球運轉,哥白尼卻提出相反的看法,到底哪一個正確呢?伽利略沒有輕率地下結論,他決定用自己的望遠鏡來證實誰是誰非。

  當伽利略的著作《星空信使》出版時,他已是一個哥白尼學說堅定的支持者了。伽利略通過自己的觀測和研究,逐漸認識到哥白尼的學說是正確的,而托勒玫的地球中心說是錯誤的,亞里斯多德的許多觀點也是站不住腳的。伽利略不僅發表了批駁亞里斯多德的論文,還通過書信毫不掩飾地支持哥白尼的學說,甚至把信件的副本直接寄給羅馬教會。在伽利略看來,科學家的良心就是追隨真理。

  但是,羅馬教廷是決不會放過伽利略的,他們先是對伽利略發出措辭嚴厲的警告,繼而把他召到羅馬進行審訊。1616年2月,宗教裁判所宣布,不許伽利略再宣傳哥白尼的學說,無論是講課或寫作,都不得再把哥白尼學說說成是真理。

  伽利略不會忘記,16年前布魯諾就是被這些披著黑色道袍、道貌岸然的上帝的衛道士活活燒死的。他如果敢於反抗,下場絕不會比布魯諾更好。

  在教會的淫威下,伽利略被迫作了放棄哥白尼學說的聲明。他懷著極其痛苦的心情回到佛羅倫薩,在沉默中度過了好些年。

  但是伽利略的內心深處並沒有放棄哥白尼學說,相反,繼續不斷的觀測和深入研究,使他更加堅信哥白尼學說是完全正確的科學理論。在佛羅倫薩郊外的錫尼別墅里,伽利略過著與世隔絕的生活,他的身體大不如前,病魔在殘酷地折磨他,但是他依然念念不忘宣傳哥白尼的學說。經過長久的醞釀構思,用了差不多5年時間,一部偉大的著作《關於兩種世界體系的對話》終於誕生了。

  《關於兩種世界體系的對話》表面上是以三個人對話的形式,客觀地討論托勒玫的地心說與哥白尼的日心說,對誰是誰非進行沒有偏見的探討。但是當這本書好不容易在1632年2月出版時,細心的讀者不難看出,這本書以充分的論據和大量無可爭辯的事實,有力地批判了亞里斯多德和托勒密的錯誤理論,科學地論證哥白尼的地動說,宣告了宗教神學的徹底破產。

  很快,嗅覺比獵狗還靈的教會嗅出了這本書包含的可怕思想,從字裡行間流露出來的大膽結論使神學家們感到極大恐慌。那些早就對伽利略心懷不滿的學術騙子立即和教會勾結,羅織罪名,陰謀策劃,為迫害伽利略大造輿論。

  科學和神學不可調和的鬥爭爆發了。1632年8月,羅馬宗教裁判所下令禁止這本書出售,並且由羅馬教皇指名組織一個專門委員會對這本書進行審查。伽利略預感到大禍臨頭,果然,到了10月,他接到了宗教裁判所要他去羅馬接受審訊的一紙公文。

  這時候的伽利略已是69歲的老人,病魔纏身,行動不便,許多關心他的人到處為他說情,但是羅馬教皇惱怒地說:「除非證明他不能行動,否則在必要時就給他帶上手銬押來羅馬!」

  就這樣,1633年初,伽利略抱病來到羅馬。他一到羅馬便失去自由,關進了宗教裁判所的牢獄,並且不準任何人和他接觸。

  人類歷史上一次駭人聽聞的迫害就這樣開始了。在羅馬宗教裁判所充滿血腥和恐怖的法庭上,真理遭到謬誤的否決,科學受到神權的審判。那些滿臉殺機的教會法官們,用火刑威脅伽利略放棄自己的信仰,否則他們就要對他處以極刑。

伽利略的晚年生活極其悲慘,照料他的女兒賽麗斯特竟然先於他離開人世。失去愛女的過分悲傷,使伽利略雙目失明。即使在這樣的條件下,他依然沒有放棄自己的科學研究工作。

1642年1月8日,凌晨4時,偉大的伽利略——為科學、為真理奮鬥一生的戰士,科學巨人離開了人世,享年78歲。在他離開人世的前夕,他還重複著這樣一句話:「追求科學需要特殊的勇氣。」

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