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意大利天文学家:伽利略·伽利雷

关于伽利略入狱的事情,他的确是遭受到了教廷的审判。但是这件事情也远非教科书上所说的“因为坚持捍卫科学真理而遭到教廷处罚”那么简单。概括来说,就是

1、伽利略研究日心说的态度明显有失偏颇。

2、伽利略在教廷权力斗争的敏感时期做出了错误的决定。

首先要弄清楚,伽利略的身份并不是一个整天待在象牙塔里两袖清风粗茶淡饭的科学家,而是位高权重——他是数学学术界权威,比萨大学的教授,更重要的是,他跟当时的教宗乌尔班八世是好友。这在政教合一的欧洲,简直就是教育部部长一样的存在。

在伽利略时代,研究科学是天主教会一件“政治正确”的事情,因此,他如果真是单纯地钻研学术、并试图建立自己的理论体系,估计教廷才懒得理会。真正进过实验室、搞过科研的同学都知道,科研的一般套路是“发现问题→提出解决问题的途径→设计实验思路→进行实验研究→得到结果→分析结果→提出新理论→进一步实验→得到更多结果→推广并证明理论。 ”但是这个套路,最初是十九世纪孟德尔神父搞出来的,在伽利略的时代,“契约精神”这个概念尚处于襁褓之中,“制度化研究”更是闻所未闻,研究科学的人纯属摸着石头过河,没有法则可循,没有原则可讲,都是想起一出说一出。(所以才会出现布鲁诺这种嘴炮。)

而且大家也要明白一件事,就是:哥白尼提出的“日心说”,以现在的天文学眼光看来,简直谬之千里。我们现在都知道,太阳是“太阳系的中心”;而哥白尼认为太阳是“宇宙的中心”,什么银河系、太阳系、地月系这样的理论,抱歉,他还真没超前到那个程度。哥白尼提出了一个假设就是“地球在以很高的速度围绕太阳转动”,但是这个假设一直缺乏详实的理论依据提供后盾。伽利略就是这个时候出现的,他在1624年觐见了教宗乌尔班八世,对教宗宣称自己掌握了足够的证据,足以证明哥白尼的理论。

其实伽利略毕竟也是个凡人,也是有私心的。他做出这个举措,有一部分的动机是为了他的个人事业追求。伽利略这个人位高权重,因此他在宫廷和教廷里难免会有一些政敌。但伽利略的目标,是要成为教皇的官方数学家和天文学家。(说实话,觉得一个科学家有这样的想法无可厚非,谁还不想考个职称啊!)他推广日心说这事儿,跟他当年在比萨斜塔上做铁球实验,出于完全不同的动机。铁球实验纯粹是为了科研,而推广日心说是为了建立他在学术界的威信。

讽刺的事情就出现在这里了——教廷对伽利略的观点是“支持”态度,而伽利略提出的所谓“证据”让人哭笑不得。他在教廷的批准下出版了一本书,名叫《 于托勒密和哥白尼两大世界体系对话 》,来证明哥白尼的观点是正确的。私以为,就是这本书让他引火烧身的。这本书的糟糕之处在于:

第一,这本书所罗列的“证据”仅仅是潮汐现象,理论高度根本不足以支撑“日心说”。

第二,这本书压根没有罗列任何确凿的调查报告和实验观测数据,仅仅是用对话形式来论述的,画风有点类似于柏拉图的《理想国》。

第三,也是最作死的一点,伽利略把他跟教宗之间一些私人谈话也写了进去。这能忍?

就这样,在权利斗争最激烈风口浪尖,这份作死的所谓“证据”喷点简直不能太多,他的一票反对者们抓住了把柄开始了大肆质疑和批判,并向教廷控诉说伽利略犯了严重的罪行。1633年,伽利略被召回了罗马接受审判。初审的时候,宗教裁判所给伽利略定的罪名是两个:“违背教宗的命令,推广与《圣经》相反的理论”。

显而易见,伽利略的两个罪名中并没有给他扣上“异端”的大帽子。因为在那时候的欧洲,给伽利略定的这两个罪名,相当于我们现在的“危害社会治安”和“非法出版”,而“异端”这个罪名,相当于“颠覆人民民主专政”。大家可以比较一下两个罪名的轻重。“宗教裁判所”其实根本不是歌乐山渣滓洞那样恐怖的刑讯机构,就是一个交代问题、写材料认罪、完了就放人的地方而已。

极富戏剧性的是,在漫长的审讯过程中,大概是控方也念及教宗跟他的交情了,双方为了顾全彼此都做出了退步。伽利略也承认,自己的确是在没有充分证据的情况下,把日心说作为事实来大书特书。他承诺自己再也不这么做了。但是伽利略根本没意识到,自己已经卷入了教廷的权力斗争,而且他的行为引起了教宗的不满。终审的时候伽利略被判“有罪”,罪名是“像异端一样推广错误的学说”。——看清了,直到最后他也没被定为“异端”。

补充一点伽利略的身后事。伽利略是怎么死的?答案是病故,也就是善终。他回到了位于意大利的别墅,过着衣食无忧的软禁生活,而且隔三差五在托斯卡纳的宫殿里住上一段时间。这段时间里他还时不时写些东西,出一两本书。可见,某些人说的“教廷对他执行了严酷的惩罚”纯熟无稽之谈,“伽利略被烧死”更是滑天下之大稽。

伽利略是个虔诚的天主教徒,毕竟跟教宗的关系在那儿摆着呢。他处理科学跟宗教信仰的原则很简单:“科学研究的目的是探索自然规律,而教会的存在意义是管理人们的灵魂,二者不应互相侵犯”。人家这境界,比某乎上把宗教跟科学视同水火势不两立的无神棍,实在不知道高出多少了。

1979年10月31日,伽利略蒙冤360年后终于获得梵蒂冈教皇的平反。
 梵蒂冈教皇约翰·保罗二世10月31日在梵蒂冈说,当年处置伽利略是一个“善意的错误”。他对在场的教廷圣职部人员和20来名红衣主教说:“永远不要再发生另一起伽利略事件。”
 伽利略是意大利著名的物理学家和天文学家。由于他在1632年发表了《关于两种世界体系对话》的作品,支持和发展哥白尼的地动说,于1633年被罗马教廷圣职部判处终身监禁,后改为软禁,直至1642年去世,终年78岁。

伽利略·伽利雷(Galileo Galilei,1564年2月15日~1642年1月8日)是意大利天文学家,物理学家和工程师。伽利略被称为“观测天文学之父”,被称为“现代物理学之父”、“科学方法之父”、“现代科学之父 ”。

伽利略研究了速度和加速度,重力和自由落体,相对论,惯性,弹丸运动原理,并从事应用科学和技术的研究,描述了摆的性质和“ 静水平衡”,发明了温度计和各种军事罗盘,并使用用于天体科学观测的望远镜。他对观测天文学的贡献包括对金星相的望远镜确认,对金星的观测。木星的四颗最大卫星,土星环的观测和黑子的分析。

伽利略(Galileo)提倡日心说和哥白尼主义在他的一生中一直是有争议的,当时大多数人都赞成地心模型(如Tychonic系统)。他遇到了天文学家的反对,他们由于缺乏恒星视差而怀疑日心论。此事由罗马宗教裁判所在1615年调查,得出的结论是日心论“在哲学上是愚蠢而荒谬的,由于在许多地方与圣经的意义明显矛盾,因此形式上是异端的”。

伽利略后来在“关于两个主要世界体系的对话”(1632年)中捍卫了他的观点,该对话似乎攻击了教皇乌尔班八世,从而疏远了他和耶稣会士,后者一直支持伽利略。他被宗教裁判所审判,被发现“强烈怀疑异端”,并被迫退缩。他在软禁中度过了余生。在软禁期间,他写了《两门新科学》,其中总结了他四十年前在现在被称为运动学和材料强度的两门科学上所做工作。

伽利略是利用望远镜观测天体取得大量成果的第一位科学家。 1609年,伽利略在知道荷兰人已有了望远镜后,伽利略创制了天文望远镜(后被称为伽利略望远镜),并用来观测天体,发现许多前所未知的天文现象。他发现所见恒星的数目随着望远镜倍率的增大而增加;银河是由无数单个的恒星组成的;月球表面有崎岖不平的现象(亲手绘制了第一幅月面图),金星的盈亏现象;木星有四个卫星(其实是众多木卫中的最大的四个,现称伽利略卫星)。他还发现太阳黑子,并且认为黑子是日面上的现象。由黑子在日面上的自转周期,他得出太阳的自转周期为28天(实际上是27.35天)。1637年在目力很差情况下,他还发现了月亮的周日和周月天平动。 这些发现开辟了天文学的新时代。

伽利略第一个用望远镜观察到土星光环、太阳黑子、月球山岭、金星和水星的盈亏现象、木星的卫星和金星的周相等现象,并从实验中总结出自由落体定律、惯性定律和伽利略相对性原理等。从而推翻了亚里士多德物理学的许多臆断,奠定了经典力学的基础,反驳了托勒密的地心体系,有力地支持了哥白尼的日心学说。

这一系列天文发现轰动了当时的欧洲,伽利略在介绍他新发现的两本书《星际使者》(1610)和《关于太阳黑子的书信》(1613)中,都主张哥白尼的日心说。伽利略以观测到的事实,推动了哥白尼学说的传播。当时的意大利仍处于教会的严酷统治之下,许多人不肯承认同《圣经》和亚里士多德著作相违背的新思想、新事物。1613年,哥白尼的《天体运行论》被宗教法庭列为禁书,伽利略也受到警告,要他放弃哥白尼学说。伽利略没有接受警告,继续写作,1632年他的《两大世界体系的对话》出版,激怒了教会。宗教法庭把伽利略传到法庭,并宣判他有罪,并责令他忏悔,放弃自己证明了的学说,禁止《对话》流传。1633年被判处终生监禁,指定居住于佛罗伦萨效区 [31] 。他在生命的最后几年里仍努力研究。1634年写成一本力学著作——《关于两门新科学的谈话和数学证明》。

无论在动力学、梁的弯曲或者是天文学的研究中,伽利略十分重视观察和实验的作用。他又善于在观测结果的基础上提出假设,运用数学工具进行演绎推理,看是否符合于实验或观察结果。如在自由落体的实验中,他让水滴相继地从同处下落,每两滴时间间隔相同。他观察到任何时刻相继两滴间的距离成等差级数。他运用数学中的抛物线性质,得出下落距离和时间成平方关系。值得注意的是,他对理论推导也很严谨。尽管抛物线的性质早在古希腊那里已有了解,现存的伽利略手稿表明,他把抛物线的公式又从头推算了一遍。

实验和观测要精确,就离不开测量仪器。伽利略往往亲自设计制造仪器。除了上述望远镜外,他设计和制造的仪器有流体静力秤、比例规、温度计、摆式脉搏计等。

从伽利略开始的科学研究中,首先在力学的研究中,科学实验被放到重要的地位。从伽利略开始的实验科学,是近代自然科学的开始。

望远镜图

古希腊在物理学说方面有两大学派,一派以哲学家亚里士多德为代表,另一派则以自然科学家阿基米德为代表。两人皆是古代希腊著名的学者,由于两人的观点和方法不同,科学结论各异,形成了鲜明的 对立。亚里士多德学派的观点是凭主观臆断的推理方法作结论,充斥着谬误。阿基米德学派的观点完全依靠科学实践方法得出结论。

从11世纪起,在基督教会的扶持下,亚里士多德的著作得到了经院哲学家的重视,他们排斥阿基米德的物理学,把亚里士多德的物理学奉为经典,凡违反亚里士多德物理学的学者均被视为“异端邪说”。伽利略对亚里士多德的物理学持怀疑态度,相反地特别重视阿基米德对物理学的研究,重视数学和实验的结合。

在伽利略的研究成果得到公认之前,物理学以至整个自然科学只不过是哲学的一个分支,没有取得自己的独立地位。当时,哲学家们被束缚在神学和亚里士多德教条的框框里,他们苦思巧辩,得不出符合实际的客观规律。伽利略敢于向传统的权威思想挑战,不是先臆测事物发生的原因,而是先观察自然现象,由此发现自然规律。 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。这种研究方法是他在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。

伽利略在比萨斜塔上做实验,及结论

伽利略摒弃神学的宇宙观,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。 

基于新的思想,伽利略倡导了新的方法(数学-实验方法)。用数学方法研究物理问题,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作出的最简单设想,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vtv=at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。

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,伽利略设计了斜面滚球实验,测量从斜面上的光滑小槽内往下滚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st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。

伽利略认为实验是知识的唯一源泉,深信自然之书是用数学语言写的,只有能归结为数量特征的形状、大小和速度才是物体的客观性质。伽利略对17世纪的自然科学的发展起了重大作用,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。由此受到教会迫害,并被终身监禁。他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。

伽利略的科学发现,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。伽利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,惠更斯继续了伽利略的研究工作,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利略、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。伽利略留给后人的精神财富是宝贵的。爱因斯坦曾这样评价:“伽利略的发现,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!”

伽利略主要著作有《星际使者》《关于太阳黑子的书信》《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》《关于两门新科学的谈话和数学证明》和《试验者》。

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