第41章 开启物理学大门的巨著

　　第四十章开启物理学大门的巨著：《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》

　　《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》一书中所阐述的科学理论，对于自然科学的发

　　展也产生了极大的影响，尤其是对经典力学的发展产生了非常大的推进作用。伽利略在这本

　　书中

　　所提出的落体运动理论、钟摆运动理论、抛物线运动理论、加速度理论等都是经典力学的基

　　本理论，特别是他在本书中所论述的地球的吸引力问题，对牛顿提出和论证万有引力理论产

　　了直接的影响。牛顿力学中的许多理论在这本书中都得到了论述，所以说，假如没有伽利略

　　的理论，就很难说会产生牛顿的理论。

　　坚持真理著作《对话》

　　伽利略于1564年2月15日出生意大利的比萨城。

　　伽利略1591年离开了比萨大学到了帕杜瓦大学任教授，这里的学术比

　　较自由，他开始拥护和宣传哥白尼的学说，同年他和开普勒通信。

　　1610年，伽利略第一个研制出

　　天文望远镜并把它用于天文观测。事实证明哥白尼的日心说体系是正确的。伽利略认为必须

　　把真相公布于众，让真理战胜谬误。1610年他出版了《星际使者》一书。接着，他被聘为宫

　　廷数学家和哲学家，并兼任比萨大学的首席数学教授。1612年他开始研究太阳黑子问题，16

　　13年发表了《关于太阳黑子》的通信。此后，他受到了罗马教廷的攻击，1616年教廷下令他

　　必须停止对地球运动的研究。但伽利略仍然以顽强的毅力从事天文学和力学的研究，他不顾

　　马教廷的阻挠与警告，想方设法写出并于1632年出版了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系

　　的对话》之著作，公开宣传哥白尼的新学说，尽管在《对话》的序言中伽利略假装拥护教廷

　　，并在书中多次赞美了上帝，罗马教廷并没有被这些烟幕所迷惑，敏锐地看到了此书对他们

　　的威胁。罗马的异端裁判所通知伽利略于这年10月到罗马去受审，罗马教廷于1633年判处他

　　身监禁。就是在监禁期间，已经70高龄的伽利略总结了他一生的科学研究成果，又创作了他

　　的第二本对话，即《关于两门新科学的对话及数学表述》，在此书中伽利略详细地论述了自

　　己在力学方面的成就。此书的原稿偷运出意大利后，于1638年在荷兰莱顿出版，此时伽利略

　　的双目已完全失明。在第二部《对话》中，他对自己在力学方面的成就表达得当然比第一部

　　《对话》更为详尽而完善。前一部《对话》于1635年在荷兰被译成拉丁文，1641年被译成法

　　文，1663年被译成英文，因此流传较广，影响较大。后一部《对话》的拉丁文版于1700年才

　　出版，此时牛顿的《自然哲学的数学原理》早已问世。1642年1月8日，伽利略走完了他的人

　　生之路。

　　四天对话科学文献

　　伽利略的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》(以下简称《对话》)就是其中的一部

　　。《对话》一书共四部分，分别记录四天的谈话。

　　在第一部分中，记录的是伽利略批判了以前的许多错误的理论，提出了自己的科学观。在书

　　，他首先批判了亚里士德以来关于天体是完美无缺的说法。在西方科学史和思想史上，自亚

　　里士多德和托勒密以来，关于地球中心论和天体完美论的思想一直是不可动摇的理论，这些

　　观点经过宗教神学的论证和推广，和基督教的教义结合在一起，几乎没有什么人敢提出不同

　　的观点，哥白尼的天体运行论第一次打破了这种教条。伽利略在这里利用自己观测月球和

　　研究太阳黑子所得的资料，并且利用了1572年和1604年两颗新星的发现，说明这都是发生在

　　月球轨道外面的事，证明天体绝不是完美无缺没有变化的，证明地球和别的行星并没有什么

　　两样，也不过是运动着的天体而已。

　　在批判的基础上，他阐述了自己的唯物主义的科学观，他提出，自然科学必须建立在对事物

　　的观察和分析之上，必须根据事实进行分析，娓娓动听的辩论或者诡辩并不是科学，自然科

　　学的结论必须是正确的、必然的，不以人们意志为转移的。在对科学的基本看法方面，伽利

　　略的唯物主义的立场是很鲜明的。在第一天的对话中，伽利略还表示了对科学的前途的信心

　　。他认为，随着科学工具和手段的不断的发展，人类科学的进步是必然发生的，未来的科学

　　认识水平一定会超过目前的水平。在第二部分中，伽利略科学地论证了地球的周日运动(即

　　自转运动)，提出和阐述了他在力学方面的许多研究成果。地球不动说是非常古老而且影响

　　极大的理论，这个理论在亚里士多德以来一直是一种主导性的关于地球的理论，经过基督教

　　会的神学论证，更加成为不可动摇的理论，长期约束了科学的发展，影响了人类思想的进步

　　，对此伽利略进行了批判。亚里士多德用来证明地球不动的论据是，如果地球运动的话，上

　　抛的物体应该落在原来位置的后面。伽利略根据他的著名的比萨斜塔的落体实验，明确地指

　　出物体下落时实际上有两种运动，一种是运动沿着塔身，另一种表现为运动跟着塔走，结果

　　物体的落体运动就是两种运动的混合。在这里伽利略得出了两个结论：第一，有相同比重的

　　大物体与小物体在空气中以相同的速度自由下落；第二在一种完全没有阻力的真空中，所有

　　的物体以同一速度做自由下落运动。伽利略观察和研究了落体运动后，还提出了很多力学问

　　题，如运动的独立性和它们的合成、惯性作用、落体运动等。

　　伽利略在研究落体运动时，已经接触和初步涉及到加速度问题，他从自己的大量实验中认识

　　到，物体下落的距离并不是跟时间成正比，而是越来越快。在进一步的研究分析和计算中，

　　他得出了距离和时间的平方成正比的关系。他也涉及并论述了吸引力问题，他把重力即物体

　　地球中心下落这种趋势看做是一种普遍的自然现象，认为这是吸引力的作用。当然他并没有

　　认识到这是更普遍的物体之间的引力即

　　“万有引力”的一种特殊的表现。

　　伽利略还研究了钟摆运动的规律，提出了关于这个问题的一些科学理论。他指出从同一高度

　　沿不同弧线摆动的摆锤在达到最低时获得的速度是相同的，这一速度使摆锤离开了最低点

　　继续向另一侧的方向摆动，在忽略摩擦的情况下，它能回到开始时的位置。伽利略还发现单

　　摆的振荡周期与摆幅即单摆在振荡中所走过的路径无关，即所谓单摆的等时性，他利用这个

　　发现改进了钟，这在钟表的工艺发展史上是有贡献的。《对话》一书的第二部分涉及到伽利

　　在力学方面的大部分贡献，当然他只是用这成果来证明了地球的自转，因而对这些成就本身

　　内容未做详细的介绍，但《对话》一书在西欧流传很广，所以他在力学方面的影响便通过《

　　对话》传播了出去。

　　第三部分中，伽利略利用他本人的和别人的观测资料证明地球的周年运动(即公转)。在这部

　　分他对逍遥学派和神学家作了无情的揭露和讽刺。

　　伽利略以大量令人信服的观测资料为证，揭露逍遥派不异用颠倒黑白的手法，妄图证明1592

　　出现的那颗新星发生在月球以下(因为这合乎亚里士多德的说教)的谎言。

　　第四部分中，伽利略用潮汐作为地球运动的证明，当然，这个观点是错的。尽管有不少人对

　　潮汐和月球的关系做过猜测，但在万有引力定律没有确立之前，月球的引力和潮汐的关系是

　　不可能得到真正科学的说明的。

　　伽利略的《对话》是一部捍卫科学真理的富于革命战斗精神的书，至今它仍使读者有亲切之

　　；至于它的说理透辟、语言生动，更使它不仅在科学史上的地位不可磨灭，它在思想史、文

　　学史上的价值也很高的。

　　这部科学文献高度赞扬和捍卫了哥白尼的科学思想，批判了亚里士多德的教条和宗教的观

　　点，对科学的发展产生了极其重要的影响。

　　伽利略著的《对话》不仅具有自然科学的价值，而且具有思想解放的价值，在宗教教会势力

　　相当大的情况下，伽利略敢于冲破教会的压力公开地支持反对教会理论的哥白尼的学说，表

　　了他的巨大的理论勇气和战斗精神，他的这种精神极大地影响了同时代的许多科学家，在自

　　然科学的领域回应了人文科学领域的文艺复兴运动。其实，《对话》一直到20世纪依然有一

　　定的影响力，直到1979年、1980年罗马教皇约翰·保罗二世才被迫先后宣布给伽利略进行平

　　反，由此可见，《对话》。