《人类科学技术史-195》伽利略的发现

伽利略的发现

当开普勒正在孜孜以求地计算行星轨道、进行天文学理论的改造之时，在意大利，另一位伟大的科学家伽利略(1564-1642年）也在从事天文研究。

1.望远镜中的星空

在用望远镜观察天体并宣布一系列重大发现之前，伽利略已是享有盛誉的物理学家和数学家。

1564年2月15日，伽利略出生于意大利的比萨。他的父亲是个破落贵族，酷爱音乐和数学。伽利略幼年时期就已表现出对周围事物的强烈兴趣，而且喜欢探寻究竟。父亲希望他学医，认为这样既能发挥他的才能，也可找到收入丰厚的职业。18岁时，伽利略尊从父命进入比萨大学攻读医学，但数学和物理更使他着迷。在数学教师的帮助下，他从学医改为学数理。

在天文学方面，伽利略很旱就接受了哥白尼的学说。他在1597年给开普勒的信中写道："我许多年来已经是哥白尼理论的信徒。这个理论给我解释了许多现象的道理，而若按照那些公认的观点，则它们根本无法理解。我已搜集了许多论据来驳斥这些观点，但我不敢公布这些论据。"伽利略在信中提到，伟大的哥白尼成为人们嘲笑的对象，这使他担心公开发表自己的见解会造成麻烦。很显然，这种担忧并非是多余的，布鲁诺就是由于信奉包括哥白尼学说在内的"异端邪说"而在三年后被宗教法庭烧死的。

然而，作为一个科学家，伽利略不能不同他已证实的谬误作斗争。1604年，一颗新星的出现和对它的观测，使他同开普勒紧密合作，同亚里士多德派进行了论战。根据亚里士多德派的观点，这颗新星是不可能存在的。

1608年诞生的一项发明，为天文学开辟了一条新的道路。这一年，有个名叫汉斯.利帕希的荷兰制镜工匠制成了一种奇妙的"眼镜"即后来所称的望远镜，用它看远处的物体就象近在眼前一样。伽利略听到这个消息后受到启发，立即动手自己制造这种仪器。最初制成的望远镜结构比较简单，即把透镜安置在铜管的两端，用它进行观察，比用肉眼观察可以近3倍、放大9倍。后来经过改进，观察距离可近30倍，形状放大可达1000倍。

当伽利略把他的望远镜对准天空时，他获得了前所未有的重大发现。1610年3月，他出版了一本名为《星的使者》的小册子，报道了自己从望远镜中看到的一切。望远镜清楚地把无数前所未见的恒星展现在他眼前，这些恒星的数量比已知的要多10余倍。望远镜中的月球表面，并不象人们原来认为的那样平滑和光亮，而是粗糙不平，就象地球表面一样到处是巨大的突起物、深深的峡谷和蜿蜒弯曲的东西。望远镜使有关银河系或银河的争论有了结果，因为银河系只不过是无数聚集在一起的星星而已。伽利略还宣布了一个他认为是最重要的发现，即有4颗星围绕着木星按自己的轨道运行。伽利略指出，这是最令他惊奇并促使他提醒所有天文学家注意的现象，因为它证明地球不是宇宙中唯一有自己卫星的行星，也证明一个像地球那样的星体可以在别的星体围绕其运行的同时，自己又围绕另一个星体运行。他认为，这是支持哥白尼体系的显著而又极好的证据。

在《星的使者》发表之后，伽利略继续用自己的望远镜发现了一些重要的现象，并为证实哥白尼体系提供了更多的依据。按照托勒密的学说，金星光亮的一面将始终朝着太阳，而不可能完全朝向地球；而哥白尼曾预言，金星像月亮那样也会出现相变。约在1610年底，伽利略发现了金星的周相：当它呈圆形盘状时，比它呈月牙状时小得多。这一发现有助于说明金星也是环绕太阳运行的。伽利略还注意到了土星的外形。他在1610年7月30日给朋友的信中写道："我已经发现，土星由3个球体构成，他们几乎相触，从不改变相对位置，并沿着黄道带排成一行，中间的球3倍于另外两个。"但他后来又注意到，中间大球两边的小球消失了。实际上，他是首次发现了土星环，只是由于其望远镜的能力所限，而未能确定，因为从地球上看，土星环的形状是变化不定的。1610年10月，伽利略还观察到了太阳黑子。在此前后，开普勒和法布里修斯以及沙伊纳等人也注意到了太阳黑子的存在。伽利略确认了黑子位于太阳本身之上的观点，并根据太阳黑子由东向西的移动而确定太阳围绕自己的轴转动。

伽利略的成功使他声名远播。1611年他前往罗马，在那里受到教皇保罗五世的接见和耶稣会神父们的欢迎。未来科学协会的先驱天猫座学会为他举行了宴会并向他表示敬意。但是，还有许多教会权威人士和学者或者拒绝用望远镜来观察天体，或者认为通过望远镜得到的观察结果是虚幻的和不真实的，或者不接受伽利略对于望远镜中看到的一切所作的解释。

但伽利略对哥白尼学说的热情有增无已，因为他的发现证明了哥白尼关于地球只不过是太阳系中"另一颗行星"的观点是正确的。1613年，他发表了《关于太阳黑子的信》，表达了自己对哥白尼学说的信念。此书在欧洲广为流传，也引起了教会的不安。虽然伽利略力图证明《圣经》和哥白尼的理论都是正确的，说上帝通过《圣经》的语言和自然的语言这两种形式来沟通真理，他还是在1615年受到警告。次年初，有关太阳位于宇宙中心和地球在运动的观点，也被宗教法庭宣布为虚妄的异端邪说。

2.《关于两种世界体系的对话》

在此后的10余年间，伽利略潜心于自己的研究工作而很少发表言论。但到1632年，他发表了《关于两种世界体系的对话》这部新著，再次震动了学术界和思想界。为了使自己的见解能为平民百姓所理解，伽利略此书没有使用当时学术著作惯用的拉丁语，而使用了意大利语。为了避免过于直接的表态触怒教会，他以三个朋友谈话的形式表达了支持或反对哥白尼体系的辩论。

《对话》没有公开为哥白尼的体系辩护，但在实际上为这个体系作了有力的说明。书中以望远镜观察到的月球表面、新星、太阳黑子等无可回避的事实，驳斥了亚里士多德的学说。在谈到是所有天体24小时内绕地球旋转一周、还是地球在这个时间内绕自己的轴转动一周而引起星空的视运动问题时，《对话》使人感到，地球转动的说法更可信服。《对话》解释了人们观察到的行星的停止和逆行现象，认为这是由于地球的周年旋转而引起的。

当时，被奉为权威的亚里士多德学说，阻碍人们接受太阳居于中心和地球运动的新体系。亚里士多德认为，如果地球沿着绕太阳的轨道运行，那么恒星的视在位置就应发生变化；如果地球是转动的，那么一个垂直上抛的物体不应落到把它抛出的那个位置而应稍为偏西，因为该物体在空中时地球已朝东转过了一点，但在事实上物体一般都落到原来的位置；如果地球是转动的，那么地球表面不很靠近两极的物体将被离心力甩出地球表面。《对话》一一反驳了这些观点。该书认为，由于恒星与地球的距离极为遥远——至少是太阳与地球距离的1万倍，所以地球绕太阳运行时的恒星视差不易被觉察。该书引用惯性定律解释了上抛物体落回原地的问题。例如，从一艘静止的或正在航行的船只的桅杆顶部落下的石头，都是落在桅杆脚下。在船只静止的情况下，桅杆、石头和空气同等地共有地球的自转运动，因此石头坠落时通过的空气将不影响其坠落的方向。如果在船只航行时石头的坠落有微小的偏离，那就是由空气的阻力所引起的，因为相对于航船来说，空气处于静止状态。至于离心力的问题，《对话》认为，由于地球绕自己的轴转动的速度较慢，所以离心力比引力要小得多，地球表面的物体因此而不受地球自转的影响而留在其表面。

《对话》是继哥白尼的《天体运行论》和开普勒的《新天文学》之后又一部伟大的天文学著作，它明白无误地传递了关于日心说宇宙的信息。特别是由于它通俗易懂，使得哥白尼的学说得到了空前的传播。伽利略收到了不少对他和他的著作表示支持和肯定的信件。有人赞扬他用简洁的语言表达了新的理论和新的观测成果，使普通人也能懂得其中的一部分。有人祝贺他在公众中取得了成功，给了哥白尼体系以生命力，并且揭示了自然的奥秘。还有人则认为，他的论据比哥白尼的论据更加有力，他的新提法和新发现意味着新时代的开端。

3.宗教法庭的审判

教会方面对于伽利略和他的著作，有着另外的看法。

在天主教受到新教猛烈攻击的情况下，教皇乌尔班八世希望通过对伽利略的《对话》作出反应，以表示罗马教廷对于保持基督教义纯洁性的决心。某些敌视伽利略的教会人士，也趁机指责伽利略在《对话》中影射教皇是愚蠢的地心说捍卫者。于是，伽利略在1633年2月被宗教法庭传到罗马接受审讯。

那时伽利略年已70，且身患重病。6月16日，根据教皇乌尔班八世的裁决，《对话》被彻底禁止，伽利略必须公开宣布放弃自己的见解，并且要受到无限期软禁。6月22日的早晨，伽利略跪在宗教法庭面前，手摸福音书宣布：他相信教会主张和教导的一切都是真理，放弃并诅咒已遭指控的谬误和邪说，永不再以书面或口头形式发表任何可能使自己受到怀疑的见解。然而，伽利略完全是在受到巨大压力甚至被威胁要施以酷刑的情况下，无可奈何地被迫屈从的。据说，在公开认错后，伽利略曾顿足道："但是，地球确实在运动呀！"虽然有的学者认为这句话纯属传奇，但伽利略确实依然执着地追求科学。作为虔诚的基督徒，他不能想象同教会对抗。但作为杰出的科学家，他不能放弃对自然的探索。

伽利略被隔离居住于佛罗伦萨城外的一所房子。在这里，他继续进行研究，只是回避了可能同教会冲突的问题。1636年，他完成了《关于两种新科学的谈话》一书。由于意大利已经禁止出版他的著作，此书于1638年在荷兰出版。在生命的最后4年，伽利略双目失明，但在自己学生的帮助下，他依然不断工作，直到逝世。

伽利略是用望远镜观察天体的第一人，他的发现，证实和发展了哥白尼的学说，为天文学革命作出了具有永久意义的贡献。

从哥白尼开始，经过第谷、开普勒，再到伽利略，天文学经历了革命性的变革。这个过程逐渐揭示了宇宙的奥秘，并为稍后英国科学家牛顿对物理世界的伟大综合奠定了基础。