伽利略

伽利萊奧·伽利略(1564—1642),意大利數學家、天文學家和物理學家,現代力學和實驗物理學創始人,最早用自製望遠鏡觀察天體,證明地球繞太陽旋轉,否定“地心說”,遭羅馬教廷宗教法庭審判。

在比薩的大教堂裏,你仍然能見到點燃偉大天才火花的那盞燈。1581年的一天,有人把那盞燈拉到一邊點著,然後由它在燈鏈上自由地擺動。這盞燈悄無聲息地在禮拜者頭頂上以寬弧形擺動。弧形漸漸地變短,一個17歲男孩看得忘了禱告。懂得常識的人會說,鍾擺通過一個寬的弧形,要比一個短的弧形花的時間更長一些,但是年輕的伽利萊奧·伽利略看出事實並非如此。他對這點的判斷是精確無誤的:由於沒有手表,他用自己的脈搏記錄擺動次數。他的心跳告訴他,他所確信的東西是真實的。

年輕的伽利略聽到過宇宙萬物和諧共處的點滴片斷。受到激發,他在家裏試驗許多長度和重量各不相同的鍾擺,把它們掛在天花板梁上和大樹枝上,直到他的家人生氣為止。他發明了一種鍾擺,可以使它與人的脈搏同步,而且它在刻度盤上指示心髒的跳動。因此,在手表還很稀缺的年代,內科醫生可以用它精確地測量病人的脈搏。

伽利略1564年2月15日誕生於比薩,是一個窮困潦倒的貴族文森佐·伽利略的兒子。老伽利略對深奧的數學具有很高的天賦,也很熱愛音樂。由於高等數學對這位經營亞麻布店的貴族毫無用處,所以他不願讓他的長子跟“這無用的科學”有任何關係。文森佐因為人生的失敗,和妻子脾氣的狂暴易怒,使他隻能從音樂中尋找安慰。他教兒子演奏詩琴和風琴。

年輕的伽利略受他母親的影響,特別喜歡挖苦人,動不動就發怒,這導致他日後非常容易樹敵。他從父親那裏獲得數學天賦。在佛羅倫薩附近一所學校的瓦洛姆布羅薩大教堂裏,神父們給了這男孩初等教育,伽利略喜歡學校生活。他13歲寫信回家,說希望擔任聖職[162]。老伽利略認為該是這孩子去工作的時候了。因此,伽利略便進入亞麻布店工作,在這兒前景暗淡。1581年,在他17歲時,他父親送他到比薩大學學醫。

伽利略在大學學醫期間,學習了亞裏士多德[163]的哲學。雖然亞裏士多德已經死了近兩千年了,但是,伽利略懷疑他的理論,這實際上等於對抗教會的信仰。而且,教會仍然堅持——如古希臘天文學家托勒密一千年前所教的——地球是宇宙的中心,月球、太陽,以及一些稱為星星的針孔似的亮光,繞著地球轉動。因為討厭這個小小的宇宙,也討厭堅持這種看法的頭腦,年輕的伽利略尋求證據,而不是接受教會固定的教義。他靠自學,發現了古希臘最偉大的數學家和物理學家阿基米德[164]。不久,這位熱情洋溢的學生在應用阿基米德理論的基礎上,發明一套用重量分析金屬的計數法。他設計出確定固體重心的簡單方法。他的名聲在科學中傳播開來。1589年,在有影響力的人物的幫助下,伽利略獲得了比薩大學數學教授的職位。

進入學院之後,這位年輕教授便敢於反駁亞裏士多德。亞裏士多德陳述:物體的重量越大,它降落的速度必然越快。一天,伽利略召集博學的全體教師來到著名的斜塔底部,從塔頂同時推下一個10磅重的物體和一個1磅重的物體,兩個物體同時落到地麵。然而,這些教授寧願相信書本,也不相信他們的眼睛。不過,伽利略進一步用自由落體和滾落斜麵的物體進行實驗。他證明,不僅所有的物體在每個時間間隔降落加快,而且速度的加快是一致的,不管它們重量有多少。

伽利略被火炮強烈地吸引住了。炮手們已經知道,要擊中遠距離的目標,他們得抬高瞄準器,不過他們是憑推測來做的。伽利略論證,彈道是拋物線,並積累了一係列的計算結果。這些結果告訴炮手擊中已知距離的目標瞄準器必需的高度。於是,他創立了運動的質量科學——我們現在稱它為力學。在他製定的基本定律中,伽利略給物理學一個新概念——慣性——一切靜止的物質的趨勢,或者假如在運動中,以直線的同一速度繼續下去,除非受到外力的作用。我們把這稱為“牛頓第一定律”,因為這位偉大的英國人給了它精確的表達,但是伽利略首先探究它的各種可能性。他第一個發現慣性適用於地球上和天空中的一切物體。

在伽利略之前,實驗方法幾乎不為人知。鑒於比薩大學的全體教師不願意采用這種實驗方法,他們便施詭計讓這位年輕的實驗者離開。令人遺憾的是,他以挖苦的態度,對待處於支配地位的托斯卡納公爵“同父異母兄弟”的那台炫耀的港口挖掘機。更糟的是,伽利略一直是正確的,昂貴的發明失敗了。教授們與這位有權勢的笨手笨腳的人聯手,縮減伽利略的薪酬。他憤然辭職,回到亞麻布店。幸運的是,伽利略的朋友跟他的對手一樣多。1592年,威尼斯共和政體召喚他到帕多瓦大學任教。薪酬不錯,而且那兒具有知識分子自由的氣氛。

在接下來的18年裏,伽利略設計防禦工事、圍城機械和橋梁。他發明了計算利息、開方和除立方根的計算尺雛形。在此基礎上他又加上了一個量角度和獲得天文羅盤刻度的象限儀。他的這個儀器需求量非常大,所以他隻好雇用助手幫忙生產。許多做工精細的物件現在依然存在。

在帕多瓦大學,聽伽利略講課的學生將講堂擠得滿滿的。他不得不到戶外上課。來自瑞典和蘇格蘭的學生成群結隊地向他湧來——他們當中一些人將會把他的科學進行下去,直到地球的毀滅,或者成為科學的保護人——如德國未來的皇帝費迪南德大公。伽利略對他們講到宇宙,宇宙中的萬物不是靜止的,而是一切物體(與亞裏士多德理論相反)、一切原子、一切星球都有其運動。他還告訴他們,生活在亞裏士多德之前的希臘人畢達哥拉斯[165]說過,地球也在轉動,它不是宇宙的中心,隻是茫茫的黑暗中的一顆行星而已。

1609年,有謠言傳到伽利略耳裏,說一個荷蘭眼鏡製造商的助手意外地發現,透過相距一英尺左右的兩個透鏡看東西,物體看起來更大些。雖然伽利略沒有模型,但他自己製造了一個望遠鏡,將它拿到威尼斯最高的建築物鍾樓頂。

威尼斯總督和上議員們身穿天鵝絨衣服,氣喘籲籲地跟在他後麵爬到樓頂。在那兒,他們果真能透過伽利略大師的鏡頭,看到帕多瓦的街道和街道上的行人。上院投票決定給伽利略增加薪水及終身教授職位。他開始製造望遠鏡出售。

他給自己用的望遠鏡起了一個可愛的名稱“老發現者”。它能使物體看起來距離近33倍。在那個值得紀念的夜裏,當伽利略將“老發現者”望遠鏡轉向天空時,映入他眼簾的是對肉眼敞開的最壯麗的奇觀——無限遠的深景,由無窮無盡的恒星照明黑暗。在肉眼看過去隻是模糊的地方,望遠鏡把銀河變成一條帶狀的星星,星星之外還有別的星星。現代天文學就在那天晚上誕生了。

白天,伽利略將遮暗的望遠鏡瞄向太陽。他發現其火紅的表麵被奇怪的黑暗風暴掠過——我們現在稱它們為“太陽黑子”——並且它們穿過太陽表麵,他認識到太陽是自轉的,像地球一樣。難道太陽不是也在自己的軌跡上運行嗎?他將望遠鏡轉向木星,發現與木星同一線上的3顆明亮的星星並不是恒星,而是繞著木星運行的,是木星的3顆衛星。後來他又發現木星的第四顆衛星,那是我們如今知道的12顆衛星中的4顆。這是一個小型的旋轉體係——對一個頭腦清醒的人來說,這也是一個行星係的證據。

所以,波蘭人哥白尼[166]一直是正確的。1543年,他宣布地球每日自轉,而行星則是繞著太陽轉。喬達諾·布魯諾[167]在大學裏教授哥白尼理論時,也一直是正確的,雖然1600年在羅馬他們因此將他活活燒死。

那是伽利略將“老發現者”轉向天空之前10年的事兒,難怪有些教授拒絕通過望遠鏡去望天空。但是,成千上萬的人確實去看了,並且信服了——包括科學家、貴族、紅衣主教和保羅教皇自己。但妒忌的哲學家聯手無知的盲信者,向教會法庭、宗教法庭告發伽利略。宗教法庭審判和懲罰伽利略違反已確立的信仰的行為。因為他們說,他的望遠鏡和才智揭示的天體運動與基督教《聖經》是對立的。

宗教法庭不許他教授關於太陽係的學說,而他服從了16年。1632年,他冒險出版他的《關於托勒密和哥白尼兩大世界體係的對話》[168]。在托勒密體係的支持者中,有個名叫辛普利喬的人,他提出無力、愚蠢的理由。因此,伽利略的對立派便使烏爾班教皇相信,伽利略文章中的這個辛普利喬就是教皇本人的諷刺畫。

《對話》的出版商被命令停止該書的銷售——雖然它已經在歐洲傳開了。年近70的伽利略被傳喚到羅馬,因雙重疝和心悸而身體虛弱。他得麵對紅衣主教審查委員會的審查。他受到威脅:除非他宣布放棄他的科學觀點,否則將受到嚴刑。在被拘留4個月後,他絕望地向梵蒂岡屈服。

傳說伽利略一宣布放棄關於地球運動的信仰,就低聲嘀咕道:它確實在轉動。即便這不是故事的事實,這種精神依然有效。他不得不跪下來大聲朗讀,然後“供認”哥白尼的學說是完全謬誤的,並答應永遠不再宣揚它或談及它,並在“違者處死”的一份文件上簽字。接著他被判監禁,他的書被置於禁書的索引上。盡管有許多偉大的天主教科學家努力要把它從索引上除去,直到1835年。

通過托斯卡納公爵的說情,伽利略被釋放,成為永久的犯人被軟禁,不準離家。他家周圍都是密探。

伽利略冒著生命危險,把他研究的一些新手稿偷偷地帶出去,在思想和出版自由的一些國家流傳。他緊張地工作著,因為他意識到他的視力正在喪失。僅最後的那部書《關於托勒密和哥白尼兩大世界體係的對話》,便使伽利略成為巨人,成了現代實驗物理學的奠基人。在此書中,他提出水中物體浮力的最初原理,並宣布聲學的科學原理;他給音樂家音高和泛音的精確實驗證據;他把應力和應變的知識留給了工程師;他察覺到大物體對小物體的引力。

伽利略於1642年去世——艾薩克·牛頓誕生的那年,享年78歲。即便死了,他也引起了對手的恐慌。他們迫害他的朋友,不僅扣留他的著作,而且還把他的骨頭藏起來。我們評判他們:他們隻是具有那個時代的迷信觀念。相反地,讓我們記住,伽利略是篤信宗教的人。他相信每一刻上帝都在自然法則的權威中顯靈。科學就是透過鏡頭看到那些法則的望遠鏡,而伽利略宣稱,科學隻能向前發展。

唐納德·卡爾羅斯·皮蒂