书城传记读名人传记悟平凡人生
13192900000029

第29章 伽利略(1)

近代科学实验方法之父(1564—1642)

伽利略是一位杰出的物理学家、天文学家和数学家。他一生追求真理,以极大的勇气支持和论证哥白尼的日心说,不仅从理论上而且从实践h宣告了亚里士多德—托勒密地球中心说的彻底破产,给教会势力以沉重打击。伽利略也是近代实验科学的先驱者之一,他坚持经验是知识的唯一源泉,强调科学真理要经过实际观测和科学实验的检验。他那一系列成功的科学实验为后来牛顿经典力学的建立奠定了基础,也对近代科学方法论的创立发挥了重大作用,从而推动了近代自然科学和唯物主义世界观的发展。

17岁那一年,伽利略进入了比萨大学学医,他性格率直而不迷信书本,在大学里他以反驳教授而出名。

有一天,由于他听一位数学家的关于古希腊欧几里得《几何原本》的演讲,对数学产生了浓厚的兴趣,后来他不顾父亲的反对,放弃了学医,而开始钻研起数学和哲学来。

据说,有一回,伽利略为了节约钱,他从比萨去佛罗伦萨的时候,搭了一辆拉橄榄油的车,在路上伽利略一路跟车夫聊天,车夫一出口就是赚钱,而伽利略一出口就是他的数学计算。他俩越谈越糟糕,最后两人干脆谁也不找谁说话。然后车夫在想着他这一车橄榄油能挣多少钱的事,伽利略则看着车夫装橄揽油的桶发呆。

伽利略很想通过桶的高度和直径来算出桶的容积,这些桶的容积应该怎样算呢?他想这些桶几乎都是圆柱体,那么要求出桶的容积,看来只能用桶的底面积乘以桶的高度。伽利略于是目测了一下桶的高度和直径了一下子便把这些桶的容积算了出来。

“你每桶橄榄油的重量是300升?”

“你怎么知道的?”

伽利略便认真地给车夫讲解起计算公式来,无论伽利略怎么样耐心地解释,车夫还是听不懂。听不懂还不要紧,重要的是听不懂的车夫还认为伽利略是在利用巫术。结果死活也不敢收伽利略付给的钱。

1564年,伽利略出生于意大利的古城比萨一个没落的贵族家庭,他的父亲是一位音乐师。伽利略自幼天资聪颖、多思好问。他的父亲十分看重这个长子,他最大的愿望是将儿子培养成医生。

伽利略8岁时开始上学,他的功课很好,同时他又表现出了绘画与音乐方面的才能。他的眼睛总是闪着好奇的光,脑子里面总是充满各种各样的奇思怪想。

12岁时伽利略全家迁到佛罗伦萨,他被送到一所古老的卡马多斯修道院学习。1581年17岁的伽利略按照父亲的意愿,走进了比萨大学医学系的课堂。

在课堂上,伽利略越来越不能忍受那沿袭了数百年的教学方法。他奇怪,为什么教授只会在讲义和黑板上为人治病,而不去临床显显身手。他多次大胆地提出疑问,但得到的回答总是:从来如此,我们不必刨根问底……伽利略终于不能安心端坐在医学课堂里,他对医学的兴趣日渐懈怠,经常缺课,有时甚至显得魂不守舍。一个偶然的机会,他从数学家里奇那里听到关于古希腊欧几里得《几何原本》的演讲,他十分兴奋:这是多么严谨、多么富有逻辑性、总之是多么神奇的科学啊!没有因为就没有所以,没有论证就得不出结论……他再也抑制不住自己的惊喜。数学像磁石般地吸引着伽利略,他放弃了学医,而着手钻研起数学和哲学来,从此,他坚定地一步步踏上了科学殿堂的台阶。

1583年,伽利略有一次在教堂闲坐时偶然发现f钟摆的等时性原理,然后他做了大量实验证实了这一原理。和阿基米得洗澡时发现了浮力定律、牛顿从树上掉下的苹果发现了万有引力,瓦特因蒸汽掀动壶盖而发明了蒸汽机一样,与其说这种发现是偶然的,不如说这偶然的背后有着他们长期不懈的追求和深厚的文化积累,不是吗?机遇总是偏爱有准备的头脑。可是当时社会并不接受伽利略的发现和他所谓的实验,有人惊讶,有人不屑,也有人将其视为异端,校方更是难以容忍,拒绝发给他毕业文凭。

离开大学的最初几年,伽利略来往于佛罗伦萨和锡耶间担任私人数学教师。此间,他利用杠杆原理发明了一种“比重秤”,他的名字很快在佛罗伦萨传开了。1589年在宫廷数学家里奇的帮助下,25岁的伽利略幸运地获得比萨大学数学教授职位。终于,他可以畅游在自己的数学王国了。

有一次,这位年轻的教授在研究院居然斗胆驳斥亚里士多德的学说。亚里士多德曾认为:物体的重量越大,下落的速度越快。而伽利略认为:相同材料的物体通过同一介质下落时间相同,与绝对重量无关。当时,为证明自己的观点,伽利略曾将一些有学问的教授邀请到著名的斜塔下去观看实验。

当人们亲眼看到,重一磅和重十磅的铁球几乎同时砰然落地时,斜塔边起了一阵不小的骚动,尤其是那些笃信亚里士多德理论的大学教授们被伽利略的实验惊得目瞪口呆。落体实验后,伽利略转向另一力学课m——运动弓力的关系。1000多年来,人们从未怀疑过亚里士多德的观点:物体运动是外力作用的结果,作用力越大,运动速度越快,一旦外力作用消失,运动物体就趋于静止。伽利略认为单凭直觉是不可靠的,他开始着手进行物体斜面运动的实验。通过实验他发现了“惯性推理”,从而推翻了亚里士多德的观点。他指出:运动并不需要外力维持;若没有外力的影响,该物体将永远保持原有运动状态。他的结论后来由牛顿总结为第一运动定律,即惯性定律。他后来研究的抛物线运动轨迹也同样由牛顿所继承。牛顿将弹道曲线和行星运动轨迹作为惯性运动定律的佐证,伽利略的发现离“万有引力”仅一步之遥。也许是一种巧合,伽利略逝世的同年,牛顿诞生。科学探索的火炬就像接力棒一样历史地传到牛顿手中。爱因斯坦曾高度评价伽利略的贡献:“他的发现以及他所应用的科学推理方法,是人类思想史上最伟大的成就之一,它标志着物理学的真正开端。”

然而,伽利略一惯不迷信权威的个性使自己得罪了不少人。不久他不得不离开了比萨大学。

1592年,通过他的朋友的帮助,帕多瓦大学正式聘用伽利略为数学和天文学教授,这里的薪水是原来的3倍不说,学术气氛也相当自由。货岁的伽利略意气风发地走向帕多瓦大学教授的讲坛。据说每逢他讲课,大厅里就挤得水泄不通,学校特意给他换了一个大课堂,以便能容纳更多的学生听讲。伽利略此时已逐渐认识到,测量与计算是探索物理学的金钥匙。1602年,伽利略重新开始思考斜面运动和落体问题。这一次,他发现了“加速度”的确切计算方法,他终于得出结论:从静止开始,距离随着所用时间的平方增长。

1609年12月1日,伽利略经过反复琢磨,造出一架可放大20倍的望远镜,他将目标转向神秘无垠的太空。伽利略利用他的天文望远镜,发现了太空中一个巨大的星群,星群的远处又有许多星星,现代天文学就此诞生了。第二天白天,伽利略将涂成深色的望远镜对准了太阳,他发现在太阳炽热的表面浮荡着一层层奇怪的黑色风暴——我们今天称为太阳黑子。他认识到:太阳也像地球一样,是绕着自身的轴旋转的。如果真是这样,那就说明太阳也同样不仅仅是沿着某个不可思议的轨道运行,它还有自转。