漫談伽利略《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》

鹿龍奇

摘 要：在簡(jiǎn)要論述了《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》對(duì)自然科學(xué)發(fā)展所起的里程碑式的意義以后，本論文對(duì)于這本書的寫作背景進(jìn)行了深入地探討，之后主要針對(duì)這本書的寫作風(fēng)格、研究對(duì)象和內(nèi)容、研究方法等進(jìn)行了闡釋和研究，最后對(duì)這本書的貢獻(xiàn)和評(píng)價(jià)進(jìn)行了補(bǔ)充式的簡(jiǎn)要描述。

關(guān)鍵詞：伽利略；《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》；讀書報(bào)告

中圖分類號(hào)：O4-09 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）01-0204-02

自然科學(xué)真正意義上從神學(xué)和哲學(xué)的籠罩下分離出來，開始逐漸發(fā)展成為一門門獨(dú)立學(xué)科，最終成為一個(gè)嚴(yán)密的包含多學(xué)科的綜合門類體系，從某種意義上來說，應(yīng)該算作是從伽利略和他的《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》開始的?！蛾P(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》的出現(xiàn)，對(duì)自然科學(xué)的發(fā)展有著兩個(gè)里程碑式的意義：

第一，伽利略在《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》中關(guān)于“材料強(qiáng)度和對(duì)折斷的抵抗力”問題及衍生出的物質(zhì)結(jié)構(gòu)問題和“物質(zhì)運(yùn)動(dòng)中位置的改變”問題的討論，可謂是既開創(chuàng)了探究材料力學(xué)的先河，更為人類對(duì)動(dòng)力學(xué)的研究鋪平了道路。從此力學(xué)成為了一門真正意義上的獨(dú)立學(xué)科——而近現(xiàn)代精密學(xué)科的研究發(fā)展卻恰恰是以力學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展為開端的。從這個(gè)意義上說，《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》真正打開了近現(xiàn)代科學(xué)研究的大門。

第二，伽利略在《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》中所提出和采用的“觀察和假設(shè)、數(shù)學(xué)和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合”的研究方法，明確了自然科學(xué)的探究必須以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為根據(jù)并需要具有嚴(yán)密的推理論證邏輯體系，可謂是創(chuàng)立了近代自然科學(xué)研究的基本方法，使人類獲得了打開自然界奧秘的正確手段。從這個(gè)意義上說，《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》標(biāo)志著近代自然科學(xué)研究方法的誕生。

因此，即使在科學(xué)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟的今天，在力學(xué)特別是材料力學(xué)和理論力學(xué)方面，伽利略和他的《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》都是我們應(yīng)該深入了解學(xué)習(xí)的，其中所蘊(yùn)藏的時(shí)代精神和科學(xué)靈魂，將是感動(dòng)和鼓舞我們一代又一代人的最強(qiáng)大力量，讓我們能夠沿著力學(xué)或科學(xué)曾經(jīng)艱難走過的足跡，邁向更遠(yuǎn)的前方。

1 《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》的寫作時(shí)代背景

《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》的作者，是文藝復(fù)興末期意大利物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家伽利略。該書完稿時(shí)間為1636年，最終于1638年在荷蘭萊頓地區(qū)的埃塞菲爾斯出版社首次發(fā)行出版。

要想盡可能地讀懂《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》這本科學(xué)巨作，就需要對(duì)該書的寫作時(shí)代背景有深入的了解，包括伽利略所處的歷史時(shí)代背景和伽利略個(gè)人在寫作該書時(shí)的現(xiàn)實(shí)背景。這樣我們才能深刻理解《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》這本科學(xué)巨著對(duì)于時(shí)代及自然科學(xué)發(fā)展所具有的意義，以及為了它的出現(xiàn)作者所付出的努力和所遭遇的苦難與艱辛。

《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》成書的時(shí)代，正處于文藝復(fù)興（14-17世紀(jì)）末期，新興的人文主義思潮與歐洲中世紀(jì)以來頑固陳舊的封建神學(xué)主義之間正進(jìn)行著最慘烈的最后爭(zhēng)鋒，理性思維和傳統(tǒng)僵化死板的經(jīng)院哲學(xué)式教條思維之間也進(jìn)行著激烈的碰撞。人類對(duì)于自然物質(zhì)世界的探索，依然嚴(yán)重受制于以神學(xué)為核心的經(jīng)院哲學(xué)體系，自然科學(xué)在當(dāng)時(shí)只是作為哲學(xué)的一個(gè)分支出現(xiàn)。人類對(duì)于自然物質(zhì)世界的認(rèn)知，其判斷依據(jù)是宗教神學(xué)先驗(yàn)主義和亞里士多德的演繹推理法。而用經(jīng)驗(yàn)主義來質(zhì)問先驗(yàn)主義，用實(shí)驗(yàn)論證來替代演繹推理的形式論證，正是伽利略在《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》和《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》中向宗教神學(xué)和經(jīng)院哲學(xué)所發(fā)起的沖鋒。

伽利略的一生就是始終堅(jiān)持不懈與這種教條式的經(jīng)院哲學(xué)戰(zhàn)斗的一生。他對(duì)于先驗(yàn)主義關(guān)于世界上存在絕對(duì)真理和宗教鼓吹的絕對(duì)真理掌控者有著絕對(duì)權(quán)威這些觀點(diǎn)拒不承認(rèn)。認(rèn)為經(jīng)驗(yàn)才是產(chǎn)生知識(shí)的唯一源泉，主張需要用具體的實(shí)驗(yàn)論證和數(shù)學(xué)的邏輯推理來認(rèn)識(shí)自然物質(zhì)世界的內(nèi)在規(guī)律。而正是因?yàn)槠洹蛾P(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》對(duì)于哥白尼日心說的系統(tǒng)論證，極大打擊了宗教神學(xué)體系的統(tǒng)治理論基礎(chǔ)，所以才會(huì)受到宗教法庭的嚴(yán)厲審判和嚴(yán)重迫害。

1633年3月羅馬梵蒂岡宗教法庭判決伽利略終身監(jiān)禁?！蛾P(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》正是伽利略被軟禁且精神受到很大打擊后才著手開始撰寫的?！蛾P(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》高度概括總結(jié)了伽利略數(shù)十年來在物理學(xué)領(lǐng)域、數(shù)學(xué)領(lǐng)域和自然哲學(xué)領(lǐng)域的研究理論成果，是伽利略一生最重要的關(guān)于自然科學(xué)研究的心血著作。值得一提的是，伽利略在《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》完稿的第二年（1637年）便以失明，并于第六年（1642年）逝世。所以《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》這本人類歷史上光輝燦爛的科學(xué)巨著背后所隱藏的血淚辛酸，是如此令人心悸與震撼。今天我們每一個(gè)有幸拜讀這本科學(xué)巨著的人，都應(yīng)該為伽利略及那個(gè)時(shí)代為了科學(xué)與真理而舍身戰(zhàn)斗的先輩們的時(shí)代精神和科學(xué)靈魂，致以最真誠(chéng)的感謝與敬重！

2 《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》漫談

2.1 《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》的寫作風(fēng)格

《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》沿用了《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》的三人對(duì)話體寫作手法，通過“薩耳”（即薩耳維亞蒂，以伽利略本人代表身份出現(xiàn)）、“薩格”（即薩格利多，以受過開明教育具有強(qiáng)烈求知欲的普通人身份出現(xiàn)）、“辛普”（即辛普里修，以受亞里士多德學(xué)說影響頗深卻對(duì)談話話題有深厚興趣的提問者身份出現(xiàn)）三人四天的對(duì)話，將伽利略對(duì)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律兩個(gè)物理學(xué)中最基本問題的研究成果進(jìn)行了總結(jié)和展示。

伽利略在《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》的寫作風(fēng)格上有三個(gè)顯著特征：一是對(duì)話體；二是對(duì)問題進(jìn)行論證分析的談話部分采用數(shù)學(xué)語言；三是“第一天”部分的寫作風(fēng)格迥異于后面三天的部分，整本書寫作體例似乎前后不一。筆者個(gè)人想在此和有興趣者聊作探討一番，為何伽利略在自己最重要的兩本著作中都“鐘情”于這種寫作風(fēng)格。

最明顯直觀的原因或許正如伽利略自己所說，因?yàn)椤皩?duì)話體不受數(shù)學(xué)定律的嚴(yán)格約束限制，有時(shí)還可插入些和主要論據(jù)一樣的有趣的閑話”，及“世界是一門以數(shù)學(xué)語言寫成的書，只有能歸結(jié)為數(shù)量特征的形狀、大小和速度才是物體的客觀性質(zhì)”。endprint

但是筆者個(gè)人認(rèn)為，之所以伽利略“鐘情”于這種寫作風(fēng)格，是有著一定的歷史原因和特定的時(shí)代特征的。在那個(gè)自然科學(xué)還沒有完全從哲學(xué)中分離出來的時(shí)代，文藝復(fù)興所倡導(dǎo)的恢復(fù)古希臘時(shí)期的人文主義思想，不可避免影響了伽利略。雖然伽利略已經(jīng)為自己的學(xué)說定義成兩門新科學(xué)，但是在其寫作的過程中，仍然不自覺的繼承了古希臘人文哲學(xué)特別是柏拉圖的寫作風(fēng)格。伽利略在哲學(xué)思想上受柏拉圖的影響應(yīng)該很深，無論是柏拉圖關(guān)于“數(shù)學(xué)為萬物的本源”觀念，還是柏拉圖對(duì)話錄式的作品寫作風(fēng)格。

對(duì)于《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》寫作風(fēng)格前后迥異這一點(diǎn)，結(jié)合前文提到的伽利略完成該書的遭遇，很可能是受到了當(dāng)時(shí)外部環(huán)境（受宗教監(jiān)禁迫害）和自身身體健康狀況（完稿第二年就完全失明）的影響，所以在作品后三天部分只能匆忙把最為核心精華的東西整理記錄下來。只是沒有想到的是，這種因?yàn)榇颐Χ坏靡圆捎玫淖匀豢茖W(xué)作品寫作格式，竟然成為了更符合當(dāng)今時(shí)代人們對(duì)于科學(xué)著作或書籍審美觀的寫作格式，這也算得上“無心插柳柳成蔭”吧。

2.2 《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》的研究對(duì)象和內(nèi)容

在《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》中，伽利略致力于這樣的一個(gè)主題的探討——“究竟是什么原因使得物質(zhì)顯現(xiàn)出其存在的狀態(tài)并產(chǎn)生了位置的變化移動(dòng)”。問題的前半部分就是書中所要討論的第一門新科學(xué)關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)問題的材料力學(xué)，后半部分就是該書所要討論的第二門新科學(xué)關(guān)于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的動(dòng)力學(xué)。所以《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》的研究對(duì)象用專業(yè)學(xué)科語言可以這樣描述：力是如何作用于物體使其能夠呈現(xiàn)出其所存在的物質(zhì)形態(tài)并能夠引起其位置變化的。

《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》的內(nèi)容由“四天”兩部分完成，“第一天”和“第二天”主要討論的材料強(qiáng)度的問題，“第三天”和“第四天”主要討論的物質(zhì)位置的改變的問題。相對(duì)于“第一天”而言，其中“第二天”、“第三天”和“第四天”部分的內(nèi)容闡述條理比較清晰：“第二天”中用了8個(gè)命題介紹梁的強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，討論了重力作用下物體尺寸對(duì)于其材料強(qiáng)度的影響，得出材料承載力與其橫截面成正比而與其長(zhǎng)度無關(guān)；“第三天”中用了6個(gè)命題討論了“穩(wěn)定或均勻的運(yùn)動(dòng)”，用38個(gè)命題討論了“自然加速的運(yùn)動(dòng)”并得出了“速度與時(shí)間成比例”及“物體運(yùn)動(dòng)并不需要力維持、維持物體運(yùn)動(dòng)的原因是慣性”；“第四天”中用了14個(gè)命題討論了“拋射體的運(yùn)動(dòng)”并論證了“拋射體的運(yùn)動(dòng)是一種由均勻水平運(yùn)動(dòng)和自然加速豎直運(yùn)動(dòng)所合成的相對(duì)運(yùn)動(dòng)”。

其中，“第一天”討論內(nèi)容是相對(duì)廣泛的，包含了力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、數(shù)學(xué)、哲學(xué)等力學(xué)概念與常識(shí)及實(shí)驗(yàn)，其中很多知識(shí)都為后來人的科學(xué)研究打開了大門，可以看成是《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》這本力學(xué)經(jīng)典著作中所插入的伽利略式百科全書部分。

2.3 《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》的研究方法

《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》的研究方法，就是該書能夠成為劃時(shí)代經(jīng)典科學(xué)巨著的另一原因，即伽利略所開創(chuàng)的“觀察和假設(shè)、數(shù)學(xué)和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合”的科學(xué)研究方法。

伽利略“觀察和假設(shè)、數(shù)學(xué)和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合”的研究方法，總體而言，有著以下幾個(gè)步驟：

①在觀測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上提出假設(shè)，從所觀察的現(xiàn)象中提取出能夠獲得的直觀認(rèn)知的主體部分，然后用最簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)語言形式表示出來，建立數(shù)學(xué)模型以表述數(shù)量關(guān)系的概念；②運(yùn)用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行演繹推理，由最開始的數(shù)量關(guān)系式推導(dǎo)出另一個(gè)容易被實(shí)驗(yàn)證實(shí)的數(shù)量關(guān)系；③通過實(shí)驗(yàn)來證實(shí)這種數(shù)量關(guān)系，看是否符合于觀察假設(shè)的結(jié)果。

如《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》中關(guān)于大小物體自由落體運(yùn)動(dòng)速率的問題，首先通過觀察伽利略發(fā)現(xiàn)大小物體自由落體運(yùn)動(dòng)速率并不是如亞里士多德所說和自身的質(zhì)量成正比，之后建立數(shù)學(xué)式大物體重量是小物體10倍，用數(shù)學(xué)語言建立建模表述其數(shù)量關(guān)系并推理（各自單獨(dú)下落、用繩子系在一起下落），最后再通過多次試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

3 《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》的貢獻(xiàn)與評(píng)價(jià)

《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》這本書，早就被無數(shù)學(xué)者專家所奉為是力學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)甚至哲學(xué)方面的劃時(shí)代經(jīng)典巨著。正是由于有這本書，伽利略才被譽(yù)為“科學(xué)實(shí)驗(yàn)之父”、“近代力學(xué)和現(xiàn)代科學(xué)的奠基者”“最早把物理與嚴(yán)格的數(shù)學(xué)結(jié)合的第一人”。關(guān)于筆者個(gè)人對(duì)于這個(gè)書的評(píng)價(jià)，已經(jīng)在前言部分有所描述，所以在此不再過多敘述。但值得一提的是，該書已經(jīng)被北大任定成教授編入北京大學(xué)通識(shí)教育經(jīng)典名著閱讀計(jì)劃“科學(xué)元典叢書”。對(duì)于無論是想要學(xué)習(xí)或從事力學(xué)和物理學(xué)領(lǐng)域、還是想要了解現(xiàn)代科學(xué)方法論的人們，這個(gè)書都是不可多得的最佳啟蒙讀物?；蛟S這個(gè)本所闡述的自然科學(xué)知識(shí)由于歷史原因今天已經(jīng)耳熟能詳，但是伽利略能夠從那個(gè)時(shí)代運(yùn)用簡(jiǎn)單工具就能設(shè)計(jì)大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)之靈、其觀察發(fā)現(xiàn)科學(xué)真理的強(qiáng)大觀察力以及數(shù)理推證之美，依然可以深深打動(dòng)我們，讓我們能夠深刻領(lǐng)會(huì)這本科學(xué)瑰寶的風(fēng)采。

參考文獻(xiàn)

[1]武際可.打開近代科學(xué)之門的對(duì)話——力學(xué)史雜談之十八，介紹伽利略的《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》[J].力學(xué)與實(shí)踐，2006，28（5）：89-91.endprint