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伽利略的生平

在科學史中很難找到如伽利略這樣獨創而又多產的人。他的一生真可謂波瀾壯闊。他在哥白尼和開普勒的基礎上建立了現代物理學的基本框架，而且剝奪了亞里士多德的至高無上的“”。他如同哥白尼和開普勒一樣，認為宇宙的規律是一種數學規律；他明確提出實驗是一種基本的科學方法。他的這些思想直到今天，仍然保持著旺盛的生命力。

伽利略自幼喜愛數學、天文學和物理學。但是，他的父親卻命令他學習醫學。當他在比薩大學念書時，甚至他的數學老師也到他的家里來為他向父親求情，要求他的父親允許他學習數學。這樣他才獲準學習歐幾里得、阿基米德的著作，還有托勒玫的天文學。經過多方面努力，伽利略終于從1589年起在比薩大學教數學。在三年的任教期間，他寫了《論運動》(De Motu)一書。這是一本文集，但是一直沒有出版，因為伽利略對它并不滿意，而且，其中確實有錯誤。但是伽利略在臨終前寫的一部重要著作《關于兩門新科學的對話與數學證明》(Discorsiie Demonstrazioni Matematiche intorno a due nuoue scienze，1638，以下簡稱為《兩門新科學》，許多外文文獻則簡稱它為“Discorsi”)吸收和大大發展了《論運動》一書，可是那已經是《論運動》成書以后的35年了。所謂兩門新科學，一門是指力學，另一門按伽利略的說法是指關于材料和結構的科學。但是與我們理解的材料科學不同，書中有時講一些關于棵的強度等問題，所以實際上比較接近于我們說的材料力學。伽利略還有另—本重要著作《兩大世界體系》，全名為《關于兩種主要世界體系的對話》(Diologo sopra i due massimi sistemi del mondo，許多外文文獻常略記為cDialogo’)更為世人所知，而目有中文譯本。它與這本書“任務”不同，下面我們還要說明。在《論運動》和《兩門新科學》中，伽利略非常詳盡地講解了自己關于力學的研究成果，特別是斜面的理論，這是伽利略很重要的研究，因為伽利略由此得到了自由落體定律。可是，更加重要的是，伽利略從寫《論運動》的時候開始，就明確地反對亞里士多德。從方法論來說，《論運動》里面提出了一個具有革命性的新思想：那就是，各種科學規律應該用實驗來證實，而且還設計了用以驗證自由落俸定律的斜面實驗。這個思想當然是與亞里士多德背道而馳的。

1592年，伽利略的父親去世，伽利略作為長子承擔了養家糊口的重擔(還要為兩個沒有出嫁的妹妹籌辦嫁妝)，于是來到帕多瓦(Padua。)大學給醫科大學生們教數學和托勒玫的天文學(因為那時的醫生治病常用占星術，所以要學天文學)。這時，伽利略就已經信奉了哥白尼的日心說，但是還沒有公開表明自己的觀點。下面是1597年伽利略致開普勒的信的摘錄：“……我和您一樣，好幾年前就已接受了哥白尼的立場，而且由此發現了許多自然界的效應的原因，而這些效應是現今流行的理論無法解釋的。我已經把關于這個主題的支持的理由和反對的意見寫下來了，但是一直未敢公之于眾，因為哥白尼的命運已經給了我警戒：我們的大師(指哥白尼)在少數人中獲得了不朽的名聲，而在大群人中卻失敗了(因為蠢人總是很多的)，遭到嘲弄和羞辱。如果有許多人都像您那樣，我當然敢于公開我的思想，但是因為并非如此，我也只好忍著。”我們不妨再看一下開普勒的回信：“……您既有如此深刻的洞察力，我希望您能夠采取另外的態度。您以自己為例，勸我們以謹慎隱蔽的方式行事，并且在廣泛存在的無知面前退一步，在反對那一群學者暴徒的劇烈攻擊時要小心從事(您在這里正是仿效了我們真正的先知：柏拉圖和畢達哥拉斯)。但是在我們的時代，一項宏大的任務已經啟動，首先有哥白尼，還有許多非常有學問的數學家，現在，是地球在運動這個論斷已經沒有什么新鮮之處。我們既已乘上了戰車，就讓我們協力把它驅動，逐步地用響亮的聲音對凡人高呼。他們其實并沒有細心地去體會我們的論據的力量。這樣駛向最終的目的，豈不更好？這樣做，說不定只要我們小心，也能給凡人帶來真理。同時，您也可以用您的論據幫助您的志同道合者，他們經受了那么多的不公正的評判，會因為您的同意，或者您的有影響的地位給予他們的保護而感到安慰。不僅是你們意大利人因為沒有感覺到地球的運動，就不相信地球在動，我們德國人也是，用什么辦法都不能使他們感到這個想法的親切和自然。但是我們總會有辦法對付這些困難……伽利略，打起精神來吧，公開站出來吧。如果我的判斷不錯，在歐洲總會有少數幾個數學家和我們站在一邊，真理的力量是巨大的……”。從這段引文中，我們的讀者不是可以體會到真理在那個時代所遭到的壓迫？不是可以體會到這些科學的巨人的戰友情誼嗎？有關為哥白尼日心說而斗爭，以致遭到宗教裁判所的迫害的經歷我們將在下面詳細介紹。

伽利略在帕多瓦大學前后共18年。伽利略自己說，這是他一生中最愉快的時期。他關于力學的研究，例如斜面、拋射體、擺的研究主要都是這個時期的成就。值得提到的是，1609年他在威尼斯的一位朋友沙爾皮(Paolo Sarpi)告訴他，有一個荷蘭人造了，一個望遠鏡正在威尼斯演示。須知，伽利略不但是一個理論家，而且是一個實驗家；不但會設計實驗，而且會制造實驗儀器。他制造過許多實用的東西。于是，他自己也開始制造望遠鏡了，而且有了不小的改進，放大率提高到10倍之多。伽利略開始利用望遠鏡來觀測天象。這在人類科學史上本身就是一件劃時代的大事，而在短短兩個月內，其成果之豐富有人說是空前的。可是這也把他更深地帶進了與天主教教廷的斗爭。1610年，伽利略離開了帕多瓦大學。一場意義極為深遠的斗爭開始了。

在介紹伽利略的各種貢獻以前，先要回答一個問題：他的最重要的貢獻在哪一方面？可能會出讀者們的意料，是在數學。但是下面并不介紹伽利略證明了什么定理。為什么要這樣說？其實這是他自己的看法。在他之前，哲學家們，主要是亞里士多德，把注意力放在研究事物的“終極的原因”，“存在的目的”等等，想要回答“為何(why)”的問題，有著濃厚的思辨色彩。伽利略則把注意力放在“如何(how)”的問題上，希望得到明確的定量的結果。實質上就是企求數學化，他說：

哲學寫在大自然這本大書里，這本書對于我們是打開著的。但是，除非首先學會懂得它的語言，會讀這本書使用的文字，我們就不可能理解它。它是用數學語言寫的，它的文字就是三角形、圓和其他幾何圖形。沒有它，這本書凡人連一個字也看不懂。沒有這些就會在黑暗的深淵中迷路。

由于這段話十分重要，我們下面還要再引述一次，并且說明其背景。由“為何(why)”轉變為“如何(how)”，是科學方法的重大轉變，而其首創者則是伽利略。有所不為是成為大師的必備的條件。伽利略有所不為的事，正是抽象地思辨與爭論“為何(why)”的問題。這里是伽利略與亞里士多德的分水嶺。看到了這一點，下文的意義就容易理解了。

P52-57