伽利略(GalileoGalilei,1564~1642)是伟大的意大利物理学

伽利略（Galileo Galilei，1564～1642）是伟大的意大利物理学家和天文学家，科学革命的先驱。

历史上他首先在科学实验的基础上融会贯通了数学、物理学和天文学三门知识，扩大、加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识。

为了证实和传播哥白尼的日心说，伽利略献出了毕生精力。

由此，他晚年受到教会迫害，并為终身监禁。

他以系统的实验和观察推翻了以亚里士多德为代表的、纯属思辨的传统的自然观，开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。

因此，他被称为“近代科学之父”。

他的工作为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。

伽利略1564年2月15日生于比萨，自幼受父亲的影响，对音乐、诗歌、绘画以及机械兴趣极浓，也像他父亲一样，不迷信权威。

17岁时遵从父命进比萨大学学医，可是对医学他感到枯燥无味，而在课外听世交、著名学者O·里奇讲欧几里得几何学和阿基米德静力学，感到浓厚兴趣。

1587年他带着关于固体重心计算法的论文到罗马大学求见著名数学家和历法家C·克拉维乌斯教授，大受称赞和鼓励。

克拉维乌斯回赠他罗马大学教授P·瓦拉的逻辑学讲义与自然哲学讲义，这对于他以后的工作大有帮助。

1588年他在佛罗伦萨研究院做了关于A·但丁《神曲》中炼狱图形构想的学术演讲，其文学与数学才华大受人们赞扬。

次年发表了关于几种固体重心计算法的论文，其中包括若干静力学新定理。

由于有这些成就，当年比萨大学便聘请他任教，讲授几何学与天文学。

第二年他发现了摆线。

1592年伽利略转到帕多瓦大学任教，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。

十六、十七世纪力学上发生一场革命，即近代力学的创立。

这主要是由工程世纪问题引起的。

马克思说：“机器在十七世纪的间或应用是极重要的，因为它为当时的大数学家创立现代力学提供了实际的支点和刺激。

”到了16世纪，随着枪炮武器的发展，抛射体问题变得越来越突出了。

伽利略是为了工程技术上迫切需要解决的抛射体运动问题而去研究落体运动的。

正是在此时期，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，伽利略收到开普勒赠阅的《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。

由于讲得精彩动听，听众逐次增多，最后达千余人。

1609年，伽利略自己制作了一个倍率为9的的望远镜，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。

参议院最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，认为这时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。

在伽利略时代，经院哲学的观点和方法占统治地位。

经院哲学盲目崇拜权威，将圣经和亚里士多德抬高到“学问之神”的地位。

凡是亚里士多德和圣经上说过的话，就是真理，凡是那里没有说过的话，即使是实践、经验、观察证实了的东西，也是不能相信的。

这样，他们所谓“探求真理”的唯一方法就是引经据典，对问题进行咬文嚼字的“论证”。

伽利略认为，知识来自观察，来自实验，来自自然界。

“自然界是经常展示在我们面前的伟大的书。

”基于这样的新的科学思想，伽利略倡导了数学与实验相结合的研究方法。

这种研究方法是他的科学上取得伟大成就的源泉，也是他对近代科学的最重要贡献。

用数学的方法研究物理问题，原非伽利略首倡，可以追溯到公元前3世纪的阿基米德，14世纪的牛津学派和巴黎学派以及15、16世纪的意大利学术界，在这方面都有一定成就，但他们并未将实验方法放在首位，因而在思想上未能有所突破。

伽利略重视实验的思想可见于1615年他写给克利斯廷娜公爵夫人的一封信上的话：“我要请求这些聪明细心的神父们认真考虑一下臆测性的原理和由实验证实了的原理二者之间的区别。

要知道，做实验工作的教授们的主张并不是只凭主观愿望来决定的。

”伽利略在《对话》中说：“考察问题的方法……首先是通过感觉、实验和观察所得的结果，尽可能地弄清自己的那些结论无误；以后他才设法加以证明。

在实验科学里，大部分都是这样做的；所以如此，是因为当结论是真实时，人们就可以使用分析方法探索出一些已经证实的命题，或者找到某种自明的公理；但如果结论是错误时，人们就可以永远探索下去而找不到任何已知的真理——即使不弄到碰壁或者碰上某种明显谬误的话。

而且你可以相信，毕达哥拉斯远在他以百牛祭庆祝他发现一条几何证明之前，早就肯定直角三角形对直角一边（斜边）的平方等于另外两边的平方之和了。

结论肯定后，在发现它的证明上是帮助不小的——这里总是指经验科学。

”也就是说，不是先臆测事物发生的原因，【亚里士多德却集中力量研究这个问题，臆想出物体为了寻找自然天然位置而下落。

】而是先观察自然现象，由此发现自然规律。

他摈弃神学的宇宙观，认为世界是一个有秩序的服从简单规律的整体，要了解大自然，就必须进行系统的实验定量观测，找出它的精确的数量关系。

这样做在方法论上是一个伟大的进步。

亚里士多德和中世纪经院哲学的方法是先验的。

不管他们是否承认观察和实验，他们总是先有一个先入为主的命题。

具体的结论则从这些先验的命题演绎出来。

例如亚里士多德的力学，是从“宇宙所有物体都有天然的位置”、“地上物体与天上物体迥然不同”这些先验命题演绎出来的。

这种先天基本原理，在哥白尼那里也还没有完全消除，哥白尼还保留着圆的运动是最完全的运动这个先验观念。

在开普勒那里，还认为宇宙具有前定的和谐。

只有到了伽利略，才比较彻底地摆脱先入为主的方法，肯定科学的基本原理、结论都应从实验、观察中来，按实验、观察的本来面目加以接受，一切与经验不符的判断都应抛弃。

伽利略在强调实验、经验、归纳的同时，并没有陷入狭隘经验论。

他还十分强调数学和演绎方法的重要性。

他说：“哲学[自然]是写在那本永远在我们眼前的伟大书本里的——我指的是宇宙——但是，我们如果不先学会书里所用的语言，掌握书里的符号，就不能了解它。

这书是用数学语言写出的，符号是三角形、圆形和别的几何图象。

没有它们的帮助，是连一个字也不会认识的；没有它们，人就在一个黑暗的迷宫里劳而无功地游荡着。

”[M·克莱因《古今数学思想》Ⅱ，第33页。

]这就是说，必须用数学演绎的方法来揭示自然规律。

他认为在科学工作中，数学演绎部分对揭示自然规律的作用决不亚于实验所起的作用。

他认为，应该从实验所确立的原理中，尽可能运用数学演绎出大量的定理来，如同几何学所干的那样。

爱因斯坦说：“常听人说，伽利略之所以成为近代科学之父，是由于他以经验的、实验的方法来代替思辨的、演绎的方法。

但我认为，这种理解是经不起严格审查的。

任何一种经验方法都有其思辨概念和思辨体系；而任何一种思辨思维，它的概念经过比较仔细的考察之后，都会显露出它们所由产生的经验材料。

把经验的态度同演绎的态度截然对立起来，那是错误的，而且也不代表伽利略的思想。

”[《爱因斯坦文集》第585页。

]从数学演绎的观点出发，伽利略十分重视对实验、观察的结果进行定量的计算和分析。

亚里士多德对运动的研究方法是从“质”的方面进行研究的。

例如，他研究了落体的动力因，认为“球的降落是因为它有重量”；他又研究了落体运动的目的因，认为“球的降落是因为它要寻找自己的天然位置”。

这些都是属于质的。

而伽利略却认为“落体运动的加速度原因何在，不是研究工作的必要部分”，必须抛弃那些动力因、目的因、天然位置这些含糊概念，着重研究落体按什么数量关系下落。

于是他抛弃了亚里士多德的天然运动、强迫运动、自然位置、刚性、元素以及潜势等一整套概念，而代之以距离、时间、速度、加速度、力、重量等一组可以测量的概念。

这是科学研究方法的一个彻底的革命。

爱因斯坦说：“现代物理学的最重要的特征之一是：从最初的线索所推出来的结论，不仅是定性的而且是定量的。

”[《物理学的进化》第20页。

]伽利略非常清楚旧的方法的严重缺陷，从而自觉地阐明了他的实验——数学方法，并运用这种方法取得辉煌的成果。

实验——数学方法对自然科学发展的影响是非常巨大的，任何一门科学只有真正使用了这种方法的时候，才能成为真正的科学。

伽利略的数学与实验相结合的研究方法，一般来说，分三个步骤：①先提取出从现象中获得的直观认识的主要部分，用最简单的数学形式表示出来，以建立量的概念；②再由此式用数学方法导出另一易于实验证实的数量关系；③然后通过实验来证实这种数量关系。

他对落体匀加速运动规律的研究便是最好的说明。

从落体的加速运动所能做出的最简单设想，可能是其瞬时速度v与路程s成正比，此v也可能与下落时间t成正比。

这就是研究方法的步骤①。

通过数学论证，不难发现第一种假设对于匀加速运动是不能成立的。

于是采取或的假设，这里a是加速度。

由于v值无法直接测量，所以将此式转换为可测量路程的形式：。

如此则落体在1，2，3，……秒末所通过的路程依次为，，，……，由此得知每隔1秒落体下落的一段距离依次为，，，……依等差级数递增。

如此便完成了步骤②。

最后的步骤是用实验验证：由于自由落体的加速度a值大，即使在短时间内下落的路程也会很大，难于测量。

为了“冲淡”加速度，使其减小，伽利略设计了斜面滾球实验，测量从斜面上的光滑小槽内往下滾的青铜小球的行程与时间的关系。

他采用精密的漏壶，反复实验100次。

所得结果与步骤②中所设想的s-t数量关系符合，且重复性良好，肯定了落体作匀加速运动设想的正确性。

由此可见，伽利略进行科学实验的目的主要是为了检验一个科学假设是否正确，而不是盲目地收集资料，归纳事实。

这种研究方法是实验—数学方法，这就为自然科学的发展，为科学方法论开出一个新生面。

同时这个研究，构成了他的巨著《两种新科学的对话》的中心，为新力学奠定理论基础。

牛顿正是在这个基础上阐明了他的天体力学。