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3、近代科学实验方法之父
伽利略
（1564～1642）
[传略]伽利略，意大利物理学家，天文学家。1564年，伽利略出生在意大利比萨城的一个没落贵族家庭里。受多才多艺的父亲的熏陶，他从小就爱好机械和数学，喜欢音乐、绘画，并精通拉丁文和希腊文，显示出良好的从事科学研究的天赋。
伽利略13岁时，全家从比萨迁居佛罗伦萨。在那里，少年伽利略在瓦朗布罗萨中学开始了中学生活。经营羊毛生意的父亲希望伽利略学医或经商，尽早减轻家里的经济负担；由教会控制的中学教师则想把他培养成神职人员；然而伽利略却决心以从事科学研究作为自己终生的事业。1581年，他遵从父亲的意愿，进入比萨大学学习医学。但他对哲学、数学的关注似乎远远超过了对医学的关注，并在业余时间制作仪器，进行实验。传统的大学教授们视之为异类，4年之后，伽利略没能得到毕业文凭，空着手回到家中。所以，严格地讲，伽利略并不是一个科班出身的科学家，他的成就完全是自我刻苦钻研的结果。
1589年，伽利略在比萨大学谋得教书差事，3年后却因质疑亚里士多德的观点被赶出校门。1592年，他在威尼斯的帕多瓦大学登台讲课，并在那里工作达18年之久。他一生在科学上的主要发现几乎都是在这座以学术自由闻名欧洲的大学里完成的。伽利略卓有成效的研究为他带来了声誉和地位，但他对亚里士多德科学体系的不断质疑和对哥白尼“日心说”的强烈拥护遭到教会的嫉恨。1616年，罗马教皇明令，禁止伽利略“再以任何方式，不论是口头还是文字，坚持讲授和辩解地球运动、太阳不动的观点”。这就是有名的“1616年禁令”。1633年，罗马教廷对年过古稀的伽利略进行审判，认定他犯有宣传异端之罪，终身监禁。9年后，双目失明、虚弱不堪的伽利略在佛罗伦萨郊外的一个村庄里去世。
[影响]伽利略一生研究领域甚广，并且在其涉猎的每个研究领域中都颇有建树。他通过对运动进行科学分类，总结出落体定律和惯性定律原理，成为经典力学的开创者。他笃信实验对科学研究之意义，自己设计制造仪器，创立了实验科学。他用自制的望远镜观察天体，对天文学做出了巨大贡献。在物理学的其他分支――热学、磁学、光学等方面也取得不俗的研究成果。
在伽利略涉足力学研究之前，古希腊学者亚里士多德关于运动的理论在这个领域中的权威地位是不可置疑的，尽管亚氏的理论的确存在着不少错误。亚氏将运动分为自然运动和强迫运动，伽利略则提出，在自然界中所发生的一切都是在自然规律的作用下发生的，“物体向上的运动与它在重力作用下向下运动一样自然”。为了对运动进行新的科学分类，他提出了速度和加速度的区别问题，确立了速度和时间的函数关系。针对亚氏“重物要比轻物下落得快”的观点，伽利略通过逻辑推理，辅之以实验，证明：自然界中实际发生的自由落体运动是一种匀加速运动，所有物体都以相同的加速度下落，而与物体本身的轻重无关。对于物体运动的原因，亚氏认为：推一个物体的力不再去推它时，原来运动的物体便归于静止。这个理论因与人的直觉相符而很少受到人们的怀疑。伽利略通过仔细的观察和研究，不但推翻了亚氏的说法，而且完成了一个认识上的飞跃――发现了惯性原理。从惯性原理出发，伽利略将对直线运动的研究推广到对平面运动的研究，对抛体运动的轨迹理论进行深入考察，认定物体在同一时间内不能有两种不同运动的看法是荒谬的。更重要的是，他通过对抛体运动的研究向人们表明，从已知现象怎样可以证明“在实际上可能从未观察到的情况”。这种研究方法，对于经典力学的开创也具有重要性。
长期以来，实验只是一种研究过程中附带的、可有可无的东西。伽利略却十分强调实验在自然科学研究过程中的重要地位。他曾指出：“因为我深深懂得，只要一次实验或确证足以推翻所有可能的理由。”实际上，伽利略的许多研究成就是建立在反复实验的基础上的。在比萨斜塔上举行的“两个铁球同时落地”的实验，曾吸引许多人驻足观看，轰动一时。伽利略在实验过程中注意严密、精确、创新，因而被誉为“科学实验方法之父”。
伽利略并不是望远镜的发明人，但他对望远镜的改进成就之大却是举世公认的。1609年夏天，他利用“透镜曲光”原理，制成一架望远镜。通过不断的改进，他把望远镜的放大率从3倍、9倍扩大到60倍，最后制成放大率达1000倍的可用于天文观察的望远镜。宇宙之门从此对人类打开，天文学上的新发现接踵而来。通过望远镜，他发现月亮表面并非平滑如砥，而是逶迤起伏如山脉。他发现太阳黑子是同太阳物体表面有关的物质，而并非如经院哲学家所言，太阳黑子是由于黑暗天体绕太阳运行而引起的。在观察金星时，他惊异地发现，金星并不像原来想象的那样是一个明亮的圆轮，而与月亮一样，也有盈亏变化。1610年1月7日午夜12点，他甚至发现了木星的卫星。望远镜中所展示的一切，加深了伽利略对哥白尼“日心说”的信任，也使他的研究进一步走向经院哲学、宗教神学的对立面。他曾邀请亚里士多德学派的教授、学者们用他的望远镜看一看月亮上的山脉和木星的卫星，这些传统卫道者不但拒绝去看，而且诬蔑他是玩弄戏法的骗子，那沟通天人之际的望远镜也被说成是“魔鬼的发明”。1610年，他将观察、研究天象的新发现汇编成《星际使者》一书，初版脱销，不得不再版。这本书与开普勒的《新天文学》一道，代表了当时天文学研究领域中的最新成果。
伽利略早年为贫寒所苦，一心想改变生存环境。事业有成之后，却对金钱淡然处之。他在一封信中曾写道“我在安排我将来的事业上，我决定将全部精力用来完成我曾经研究过的课题，我希望在进一步深入研究中得到更有价值的成就。虽然我在大学里已经有了稳定的收入，可是教学、管理和讨论等活动对于我的研究工作却成了很大的障碍。我渴望摆脱这些障碍。如果我能够转回家乡，我请求大公殿下允许我不再承担教学任务，以便让我有充裕的时间，完成我的工作。”也正是这种对事业的执著，对身外之物的淡然，成就了这位科学巨匠光辉灿烂的一生。
[余论]伽利略生活在文艺复兴时期的文艺复兴中心――意大利。当时，人们对客观世界的认识虽然有所进步，但中世纪的暗影仍然笼罩着一切。就科学研究而言，人们习惯于“所有的科学问题都已被亚里士多德彻底解决了”的荒谬论调，人间的神和天上的神共同维护着既定的秩序。在沉沉暗夜里，伽利略凭着勇气和睿智突破庸人的惯性思维，从亚里士多德庞大冗长的学术体系中寻找到切入点，除旧立新，去伪存真，兢兢业业，坚持不懈，终于成为近代物理学的创始人，为人类文明的薪火传承做出了重大贡献。伽利略利用自己精通神学的优势为传播真理开拓了空间，争取了时间，然而终究未能逃脱罗马教廷的政治迫害。在失去人身自由的情况下，这位科学巨匠耗3年心血完成了一部奠定了近代物理学基础的巨著――《关于力学和位置运动的两种新科学的对话和数学证明》。临死之前，他把这本书放在怀中，以模糊不清的声音说道“我认为这是我一切著作中最有价值的，因为它是我的极端痛苦的果实。”巨匠的临终倾诉感人肺腑，而人类文明也正是在这无奈的极端痛苦之中逶迤向前的。
（赵凯）
（1564～1642）
[传略]伽利略，意大利物理学家，天文学家。1564年，伽利略出生在意大利比萨城的一个没落贵族家庭里。受多才多艺的父亲的熏陶，他从小就爱好机械和数学，喜欢音乐、绘画，并精通拉丁文和希腊文，显示出良好的从事科学研究的天赋。
伽利略13岁时，全家从比萨迁居佛罗伦萨。在那里，少年伽利略在瓦朗布罗萨中学开始了中学生活。经营羊毛生意的父亲希望伽利略学医或经商，尽早减轻家里的经济负担；由教会控制的中学教师则想把他培养成神职人员；然而伽利略却决心以从事科学研究作为自己终生的事业。1581年，他遵从父亲的意愿，进入比萨大学学习医学。但他对哲学、数学的关注似乎远远超过了对医学的关注，并在业余时间制作仪器，进行实验。传统的大学教授们视之为异类，4年之后，伽利略没能得到毕业文凭，空着手回到家中。所以，严格地讲，伽利略并不是一个科班出身的科学家，他的成就完全是自我刻苦钻研的结果。
1589年，伽利略在比萨大学谋得教书差事，3年后却因质疑亚里士多德的观点被赶出校门。1592年，他在威尼斯的帕多瓦大学登台讲课，并在那里工作达18年之久。他一生在科学上的主要发现几乎都是在这座以学术自由闻名欧洲的大学里完成的。伽利略卓有成效的研究为他带来了声誉和地位，但他对亚里士多德科学体系的不断质疑和对哥白尼“日心说”的强烈拥护遭到教会的嫉恨。1616年，罗马教皇明令，禁止伽利略“再以任何方式，不论是口头还是文字，坚持讲授和辩解地球运动、太阳不动的观点”。这就是有名的“1616年禁令”。1633年，罗马教廷对年过古稀的伽利略进行审判，认定他犯有宣传异端之罪，终身监禁。9年后，双目失明、虚弱不堪的伽利略在佛罗伦萨郊外的一个村庄里去世。
[影响]伽利略一生研究领域甚广，并且在其涉猎的每个研究领域中都颇有建树。他通过对运动进行科学分类，总结出落体定律和惯性定律原理，成为经典力学的开创者。他笃信实验对科学研究之意义，自己设计制造仪器，创立了实验科学。他用自制的望远镜观察天体，对天文学做出了巨大贡献。在物理学的其他分支――热学、磁学、光学等方面也取得不俗的研究成果。
在伽利略涉足力学研究之前，古希腊学者亚里士多德关于运动的理论在这个领域中的权威地位是不可置疑的，尽管亚氏的理论的确存在着不少错误。亚氏将运动分为自然运动和强迫运动，伽利略则提出，在自然界中所发生的一切都是在自然规律的作用下发生的，“物体向上的运动与它在重力作用下向下运动一样自然”。为了对运动进行新的科学分类，他提出了速度和加速度的区别问题，确立了速度和时间的函数关系。针对亚氏“重物要比轻物下落得快”的观点，伽利略通过逻辑推理，辅之以实验，证明：自然界中实际发生的自由落体运动是一种匀加速运动，所有物体都以相同的加速度下落，而与物体本身的轻重无关。对于物体运动的原因，亚氏认为：推一个物体的力不再去推它时，原来运动的物体便归于静止。这个理论因与人的直觉相符而很少受到人们的怀疑。伽利略通过仔细的观察和研究，不但推翻了亚氏的说法，而且完成了一个认识上的飞跃――发现了惯性原理。从惯性原理出发，伽利略将对直线运动的研究推广到对平面运动的研究，对抛体运动的轨迹理论进行深入考察，认定物体在同一时间内不能有两种不同运动的看法是荒谬的。更重要的是，他通过对抛体运动的研究向人们表明，从已知现象怎样可以证明“在实际上可能从未观察到的情况”。这种研究方法，对于经典力学的开创也具有重要性。
长期以来，实验只是一种研究过程中附带的、可有可无的东西。伽利略却十分强调实验在自然科学研究过程中的重要地位。他曾指出：“因为我深深懂得，只要一次实验或确证足以推翻所有可能的理由。”实际上，伽利略的许多研究成就是建立在反复实验的基础上的。在比萨斜塔上举行的“两个铁球同时落地”的实验，曾吸引许多人驻足观看，轰动一时。伽利略在实验过程中注意严密、精确、创新，因而被誉为“科学实验方法之父”。
伽利略并不是望远镜的发明人，但他对望远镜的改进成就之大却是举世公认的。1609年夏天，他利用“透镜曲光”原理，制成一架望远镜。通过不断的改进，他把望远镜的放大率从3倍、9倍扩大到60倍，最后制成放大率达1000倍的可用于天文观察的望远镜。宇宙之门从此对人类打开，天文学上的新发现接踵而来。通过望远镜，他发现月亮表面并非平滑如砥，而是逶迤起伏如山脉。他发现太阳黑子是同太阳物体表面有关的物质，而并非如经院哲学家所言，太阳黑子是由于黑暗天体绕太阳运行而引起的。在观察金星时，他惊异地发现，金星并不像原来想象的那样是一个明亮的圆轮，而与月亮一样，也有盈亏变化。1610年1月7日午夜12点，他甚至发现了木星的卫星。望远镜中所展示的一切，加深了伽利略对哥白尼“日心说”的信任，也使他的研究进一步走向经院哲学、宗教神学的对立面。他曾邀请亚里士多德学派的教授、学者们用他的望远镜看一看月亮上的山脉和木星的卫星，这些传统卫道者不但拒绝去看，而且诬蔑他是玩弄戏法的骗子，那沟通天人之际的望远镜也被说成是“魔鬼的发明”。1610年，他将观察、研究天象的新发现汇编成《星际使者》一书，初版脱销，不得不再版。这本书与开普勒的《新天文学》一道，代表了当时天文学研究领域中的最新成果。
伽利略早年为贫寒所苦，一心想改变生存环境。事业有成之后，却对金钱淡然处之。他在一封信中曾写道“我在安排我将来的事业上，我决定将全部精力用来完成我曾经研究过的课题，我希望在进一步深入研究中得到更有价值的成就。虽然我在大学里已经有了稳定的收入，可是教学、管理和讨论等活动对于我的研究工作却成了很大的障碍。我渴望摆脱这些障碍。如果我能够转回家乡，我请求大公殿下允许我不再承担教学任务，以便让我有充裕的时间，完成我的工作。”也正是这种对事业的执著，对身外之物的淡然，成就了这位科学巨匠光辉灿烂的一生。
[余论]伽利略生活在文艺复兴时期的文艺复兴中心――意大利。当时，人们对客观世界的认识虽然有所进步，但中世纪的暗影仍然笼罩着一切。就科学研究而言，人们习惯于“所有的科学问题都已被亚里士多德彻底解决了”的荒谬论调，人间的神和天上的神共同维护着既定的秩序。在沉沉暗夜里，伽利略凭着勇气和睿智突破庸人的惯性思维，从亚里士多德庞大冗长的学术体系中寻找到切入点，除旧立新，去伪存真，兢兢业业，坚持不懈，终于成为近代物理学的创始人，为人类文明的薪火传承做出了重大贡献。伽利略利用自己精通神学的优势为传播真理开拓了空间，争取了时间，然而终究未能逃脱罗马教廷的政治迫害。在失去人身自由的情况下，这位科学巨匠耗3年心血完成了一部奠定了近代物理学基础的巨著――《关于力学和位置运动的两种新科学的对话和数学证明》。临死之前，他把这本书放在怀中，以模糊不清的声音说道“我认为这是我一切著作中最有价值的，因为它是我的极端痛苦的果实。”巨匠的临终倾诉感人肺腑，而人类文明也正是在这无奈的极端痛苦之中逶迤向前的。
（赵凯）
