伽利略科學(xué)思想研究

呂增建 郭春景 楊 光

（焦作大學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)系，河南 焦作 454000）

1 伽利略的生平

伽利略，1564年2月15日出生于意大利比薩一個(gè)沒落的貴族家庭。12 歲時(shí)，進(jìn)入佛羅倫薩附近的修道院學(xué)?！ヱR利亞學(xué)院，接受古典教育。伽利略后來有三個(gè)孩子，一個(gè)兒子和兩個(gè)女兒。

伽利略的父親希望伽利略將來能成為一名醫(yī)生，因?yàn)楫?dāng)時(shí)一名醫(yī)生的工資是一名數(shù)學(xué)家工資的30 倍。1581年，快滿18歲的伽利略考入比薩大學(xué)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)。但在1585年他還是放棄了醫(yī)學(xué)的學(xué)習(xí)而致力于數(shù)學(xué)和力學(xué)的研究，1589—1592年，伽利略擔(dān)任比薩大學(xué)的數(shù)學(xué)教授。

1592—1610年，伽利略擔(dān)任帕多瓦大學(xué)的教授。照他晚年寫給一位友人的信中的說法，這是他一生中最美好的時(shí)期。正是在那里他制造了望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡和空氣溫度計(jì)，他還發(fā)明了一種叫作比例規(guī)的儀器。他用望遠(yuǎn)鏡做了重要的天文觀測，完成了自由落體、拋射體和斜面的實(shí)驗(yàn)研究。可以說伽利略在力學(xué)上的大多數(shù)發(fā)現(xiàn)都是在帕多瓦成熟的。但是，這期間伽利略發(fā)表的文章很少。

伽利略十分重視對運(yùn)動學(xué)的研究。他反對把運(yùn)動分為自然運(yùn)動和強(qiáng)迫運(yùn)動的分類研究方法，明確提出了加速度的概念、提出了勻速運(yùn)動和變速運(yùn)動的新的分類方法，從而使運(yùn)動理論的研究取得了重大進(jìn)展。對自由落體的研究是伽利略最富有創(chuàng)造性的成就，他有十分精彩的斜面實(shí)驗(yàn)、“船艙”實(shí)驗(yàn)等。

伽利略是第一位利用望遠(yuǎn)鏡觀測天體并取得大量成果的科學(xué)家。他根據(jù)天文觀測勇敢地宣講哥白尼學(xué)說，因此，在1616年他被傳喚到羅馬的宗教裁判所，地動學(xué)說受到宗教裁判所的譴責(zé)，教皇下達(dá)了“1616年禁令”，禁止他以口頭的或文字的形式傳授或捍衛(wèi)日心說。但最終他還是違反了1616年的禁令，在1632年出版了轟動整個(gè)學(xué)術(shù)和思想界的《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》（以下簡稱《對話》）。這招致了他第二次受審。這位70歲的老人被迫當(dāng)眾跪著表示“公開放棄、詛咒和痛恨地動說的錯(cuò)誤和異端”，同時(shí)，因此他被判終身監(jiān)禁。

被判終身監(jiān)禁后，他將他最成熟的科學(xué)思想和研究成果撰寫成了另一篇科學(xué)杰作《關(guān)于兩門新科學(xué)的對話》（以下簡稱《兩門新科學(xué)》），并在1638年在荷蘭萊頓出版，就在這一年伽利略雙目失明。1642年1月8日，伽利略這位杰出的科學(xué)家在阿塞特里逝世，終年78歲。他的葬儀草率簡陋，直到下一世紀(jì)，遺骨才遷到家鄉(xiāng)的大教堂。

2 伽利略的天文觀測和天文研究

1609年夏伽利略聽說荷蘭人發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡，他馬上利用他光學(xué)的知識和靈巧的雙手，親手制造出了望遠(yuǎn)鏡，后來伽利略又下功夫改進(jìn)，把放大率提高到32倍。這種望遠(yuǎn)鏡由一塊凸透鏡作為物鏡、一塊凹透鏡作為目鏡來組成，現(xiàn)在被我們稱作為伽利略望遠(yuǎn)鏡。到1910年初，伽利略一共制造了一百多臺這樣的望遠(yuǎn)鏡，分送給當(dāng)時(shí)意大利、法國、德國等國的王公和有名的學(xué)者，在歐洲引起了轟動。

1609年底伽利略把他親手制作的望遠(yuǎn)鏡首次指向天空的時(shí)候，就注定了這是一次革命性的事件了。他發(fā)現(xiàn)了一系列新奇的天文現(xiàn)象：銀河有眾星構(gòu)成；木星周圍有衛(wèi)星；月亮有高聳的山峰；太陽表面有黑子；金星位相有變化；土星周圍有光環(huán)。1610年初他在威尼斯出版了《星際使者》一書，報(bào)道了他用望遠(yuǎn)鏡獲得的重大發(fā)現(xiàn)。這些觀測結(jié)果大大沖擊了亞里士多德的完美天界的思想，月亮、太陽并不是亞里士多德所說的那樣完美，更重要的是觀測結(jié)果給予哥白尼學(xué)說以有力的支持，而不是地心說主張的那樣，所有天體都圍繞地球運(yùn)行，地球并不是中心，太陽才是中心。

伽利略用他的天文觀測和研究把哥白尼日心學(xué)說的真實(shí)性前所未有地?cái)[在了人們面前。伽利略為使人們接受哥白尼學(xué)說的觀點(diǎn)，他選擇了撰寫和出版《對話》，《對話》的出版轟動整個(gè)學(xué)術(shù)和思想界。

《對話》的寫作大約從1626年開始，到1629年完成了初稿，1632年在佛羅倫薩用意大利文正式出版?！秾υ挕返膶懽鞑捎谩皩υ挕钡男问??！皩υ挕狈譃樗奶?，第一天批判了亞里士多德的所謂“天不變”的謬論；第二天用科學(xué)事實(shí)論證了地球的周日運(yùn)動；第三天以大量的觀測資料論證了地球的周年運(yùn)動，否定了以地球?yàn)橛钪嬷行牡腻e(cuò)誤說法；第四天討論潮汐問題?！秾υ挕返膶懽餍问交顫姟⒄Z言生動、寓意深刻，具有很高的藝術(shù)水平和學(xué)術(shù)價(jià)值，是科學(xué)史上的一部杰作。

伽利略在《對話》中充分利用天文觀測事實(shí)，全面系統(tǒng)地討論哥白尼日心說和托勒密地心說的各種分歧，并用作者的許多新發(fā)現(xiàn)和力學(xué)研究新成果論證了哥白尼體系的正確和托勒密體系的謬誤。

3 伽利略的實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)驗(yàn)思想

近代科學(xué)在很大程度上是在科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上形成和發(fā)展起來的。如果說中世紀(jì)的思維傳統(tǒng)是注重理性，那么近代科學(xué)則是以實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)為特征的實(shí)證科學(xué)，伽利略的科學(xué)研究正是體現(xiàn)了近代科學(xué)的這種特征，他的偉大也在于此。歷史上阿基米德、羅吉爾·培根、達(dá)·芬奇、吉爾伯特、弗蘭西斯·培根等人都對實(shí)驗(yàn)科學(xué)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，但他們各有偏頗。伽利略最具開創(chuàng)性，是一位真正的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。他對待實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識觀念、思想、方法，以及在實(shí)驗(yàn)科學(xué)上所做出的貢獻(xiàn)和對后世的影響都大大超于前者。

伽利略一系列科學(xué)研究成果都是在觀測和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上所取得的。他重視對自然現(xiàn)象進(jìn)行觀測，更重視對自然現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。他進(jìn)行了單擺實(shí)驗(yàn)、斜面實(shí)驗(yàn)、自由落體實(shí)驗(yàn)、船艙實(shí)驗(yàn)等卓有成效的實(shí)驗(yàn)研究工作。他以觀測天空的事實(shí)來宣傳哥白尼學(xué)說而影響甚大。但是，他真正的偉大在于他通過實(shí)驗(yàn)來探求自然界物質(zhì)運(yùn)動的規(guī)律，在于他所取得的卓越實(shí)驗(yàn)研究成果和通過實(shí)驗(yàn)研究所體現(xiàn)出來的實(shí)驗(yàn)思想和方法。

伽利略的實(shí)驗(yàn)研究成果：自由落體定律、慣性定律的思想、對拋射體的研究、相對性原理等奠定了近代最驚人的知識成就基礎(chǔ)。特別是慣性定律的思想打破了自亞里士多德以來一千多年間“受力運(yùn)動的物體當(dāng)外力停止作用時(shí)便歸于靜止”的陳舊觀念。而相對性原理的發(fā)現(xiàn)則是人類在科學(xué)認(rèn)識史上的一次重大飛躍，也是20世紀(jì)愛因斯坦創(chuàng)立相對論的理論基礎(chǔ)。這些內(nèi)容為自然科學(xué)的發(fā)展做出了奠基性的貢獻(xiàn)。

伽利略在實(shí)驗(yàn)研究工作中，不僅靠對自然理性的把握實(shí)現(xiàn)了數(shù)學(xué)與實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了思想上的突破。而且運(yùn)用了思想實(shí)驗(yàn)的方法來研究自然之規(guī)律，升華了他通過實(shí)驗(yàn)探求自然界運(yùn)動規(guī)律的理念。他要通過實(shí)驗(yàn)去發(fā)現(xiàn)自然的規(guī)律，他使物理學(xué)徹底擺脫了依靠形而上的思辨、自覺、猜測和定性的議論狀況。他實(shí)現(xiàn)了由驗(yàn)證自然規(guī)律到發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律的突破，為人類思想的進(jìn)步提供了巨大的啟示。

4 伽利略的科學(xué)思想、宗教信仰及其關(guān)系

伽利略的科學(xué)思想主要體現(xiàn)在：第一，不崇尚書本、不迷信權(quán)威和批判的精神；重視理性思維，注重對自然現(xiàn)象的研究。這種對客觀事物求實(shí)、求真的認(rèn)識觀，促進(jìn)了當(dāng)時(shí)的思想解放運(yùn)動。第二，他創(chuàng)立的以實(shí)驗(yàn)和理性思維（包括數(shù)學(xué)推導(dǎo)）相結(jié)合的科學(xué)研究方法，這對近代科學(xué)發(fā)展影響深遠(yuǎn)。第三，他加強(qiáng)科學(xué)研究的實(shí)踐性，屏棄了通過權(quán)威來解決科學(xué)問題的觀念；他屏棄在沒有可靠實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行復(fù)雜推理方法的信賴；他要求人們必須通過實(shí)驗(yàn)去閱讀“自然之書”。

伽利略實(shí)際上是具有科學(xué)家和宗教徒的雙重身份。雖然他醉心于自然科學(xué)研究，但其精神深處卻有神學(xué)信仰在支撐。伽利略處在一個(gè)宗教信仰十分濃厚的社會環(huán)境之中，早期的宗教教育，對上帝的敬虔已深深地植根于他的腦海，奠定了他作為虔誠宗教信徒的基礎(chǔ)。他不僅自己加入了天主教派，一生篤信上帝，而且，后來還把他只有13 歲和12 歲的兩個(gè)女兒也都送進(jìn)了修道院做了修女?？v觀伽利略的一生，可以看出他與宗教界有著千絲萬縷的聯(lián)系，甚至與當(dāng)時(shí)宗教界高層也有著經(jīng)常性的接觸和交流，這在很大程度上加重了伽利略的宗教情感和信仰，使他成為一個(gè)虔誠的宗教徒。對于他的天文發(fā)現(xiàn)，他首先感謝的是神恩的啟示。教會對他置之不理，但他只責(zé)怪幾個(gè)“頭腦糊涂”的人而已。不惜代價(jià)宣傳和捍衛(wèi)哥白尼學(xué)說也是他宗教情感的一個(gè)反映。他雖遭到教廷的迫害，但他仍相信上帝和《圣經(jīng)》，他始終是一個(gè)虔誠的信徒，而非極端的革命者。

自然界是多層面的，人們可以從不同的視野來進(jìn)行觀察?？茖W(xué)的即理性的視野和神學(xué)的即感性的視野是信仰眼光的兩個(gè)不同重要方面，這兩種視野有時(shí)重疊，并且相互影響，這種情景在伽利略身上得到了體現(xiàn)。伽利略一生游離又交融于科學(xué)和神學(xué)之間。他認(rèn)為《圣經(jīng)》和“自然之書”是神圣的創(chuàng)造者寫下的兩本書，都是正確的。一方面他捍衛(wèi)科學(xué)的真理，另一方面敬虔神圣的宗教。特別是在天文學(xué)研究中他從對神學(xué)敬仰的角度去解釋科學(xué)真實(shí)的發(fā)現(xiàn)，協(xié)調(diào)他的信仰與理性。斷言伽利略是沖破了神學(xué)的束縛才取得其科學(xué)上的成就，在很大程度上是對伽利略的誤解。

我們只有把伽利略放在歷史的長河里，放在特定的歷史文化背景中，撥開層層迷霧，對他的科學(xué)思想和宗教信仰有一個(gè)清晰而完整的認(rèn)識，才能準(zhǔn)確全面地看待和認(rèn)識伽利略。

5 研究伽利略的意義和價(jià)值

在科學(xué)史的研究中，人物研究歷來都是一個(gè)經(jīng)久不衰的重要研究領(lǐng)域。研究伽利略無論從科學(xué)內(nèi)史上展開，還是從科學(xué)外史上深入都極具研究價(jià)值。

伽利略在科學(xué)史上有著極為重要的地位，主要表現(xiàn)以下幾個(gè)方面：第一是由于他通過對天空的觀測發(fā)現(xiàn)了一系列天文現(xiàn)象。第二是他宣傳、捍衛(wèi)和豐富了哥白尼學(xué)說，使天文科學(xué)的進(jìn)展改變了全人類的宇宙觀，這在天文學(xué)、自然科學(xué)以及整個(gè)人類社會的發(fā)展進(jìn)步中都是意義非凡，影響巨大的。第三是他的實(shí)驗(yàn)研究成果奠定了近代最驚人的知識成就基礎(chǔ)；他一系列科學(xué)實(shí)驗(yàn)背后，所蘊(yùn)含的豐富思想及方法是近代科學(xué)革命發(fā)生和現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的必要條件；他把發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律的基本方法告訴了人們；他非凡的唯實(shí)、求真、創(chuàng)新的科學(xué)精神有力地促進(jìn)了當(dāng)時(shí)的思想解放運(yùn)動，對力學(xué)、對物理學(xué)、對整個(gè)自然科學(xué)的發(fā)展都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。伽利略用兩部科學(xué)名著《對話》和《兩門新科學(xué)》樹立他在科學(xué)史上偉大的豐碑。

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