第55章 科学巨人(6)

　　伽利略·伽利雷（Gtalileo Galilei，1564—1642），他是科学革命的先驱，他的天文学发现打开了人类的眼界，他的物理学的贡献却更大，后人尊他为“近代科学之父”。

　　1564年，伽利略出生于意大利的古城比萨一个没落的贵族家庭，他8岁时开始上学，他的功课很好，同时他又表现出了绘画与音乐方面的才能。他的眼睛总是闪着好奇的光，脑子里面总是充满各种各样的奇思怪想。

　　12岁时伽利略全家迁到佛罗伦萨，他被送到一所古老的卡马多斯修道院学习。1581年17岁的伽利略按照父亲的意愿，走进了比萨大学医学系的课堂。

　　在课堂上，伽利略越来越不能忍受那沿袭了数百年的教学方法。他奇怪，为什么教授只会在讲义和黑板上为人治病，而不去临床显显身手。他多次大胆地提出疑问，但得到的回答总是：从来如此，我们不必刨根问底……伽利略终于不能安心端坐在医学课堂里，他对医学的兴趣日渐懈怠，经常缺课，有时甚至显得魂不守舍。一个偶然的机会，他从数学家里奇那里听到他关于古希腊欧几里得《几何原本》的演讲，他十分兴奋：这是多么严谨，多么富有逻辑性，总之是多么神奇的科学啊！没有因为就没有所以，没有论证就得不出结论……他再也抑制不住自己的惊喜。数学像磁石般地吸引着伽利略，他放弃了学医，而着手钻研起数学和哲学来，从此，他坚定地一步步踏上了科学殿堂的台阶。

　　1583年，伽利略有一次在教堂闲坐时偶然发现了钟摆的等时性原理，然后他做了大量实验证实了这一原理。和阿基米德洗澡时发现了浮力定律、牛顿从树上掉下的苹果发现了万有引力，瓦特因蒸汽掀动壶盖而发明了蒸汽机一样，与其说这种发现是偶然的，不如说这偶然的背后有着他们长期不懈的追求和深厚的文化积累，不是吗？机遇总是偏爱有准备的头脑。可是当时社会并不接受伽利略的发现和他所谓的实验，有人惊讶，有人不屑，也有人将其视为异端，校方更是难以容忍，拒绝给他发毕业文凭。

　　离开大学的最初几年，伽利略来往于佛罗伦萨和锡耶间担任私人数学教师。此间，他利用杠杆原理发明了一种“比重秤”，他的名字很快在佛罗伦萨传开了。1589年在宫廷数学家里奇的帮助下，25岁的伽利略幸运地获得比萨大学数学教授职位。终于，他可以畅游在自己的数学王国了。

　　有一次，这位年轻的教授在研究院居然斗胆驳斥亚里士多德的学说。亚里士多德曾认为：物体的重量越大，下落的速度越快。而伽利略认为：相同材料的物体通过同一介质下落时间相同，与绝对重量无关。当时，为证明自己的观点，伽利略曾将一些有学问的教授邀请到著名的斜塔下去观看实验。

　　当人们亲眼看到，重一磅和重十磅的铁球几乎同时砰然落地时，斜塔边起了一阵不小的骚动，尤其是那些笃信亚里士多德理论的大学教授们被伽利略的实验惊得目瞪口呆。落体实验后，伽利略转向另一力学课题——运动与力的关系。一千多年来，人们从未怀疑过亚里士多德的观点：物体运动是外力作用的结果，作用力越大，运动速度越快，一旦外力作用消失，运动物体就趋于静止。伽利略认为单凭直觉是不可靠的，他开始着手进行物体斜面运动的实验。通过实验他发现了“惯性推理”，从而推翻了亚里士多德的观点。他指出：运动并不需要外力维持；若没有外力的影响，该物体将永远保持原有运动状态。他的结论后来由牛顿总结为第一运动定律，即惯性定律。他后来研究的抛物线运动轨迹也同样由牛顿所继承。牛顿将弹道曲线和行星运动轨迹作为惯性运动定律的佐证，伽利略的发现离“万有引力”仅一步之遥。爱因斯坦曾高度评价伽利略的贡献：“他的发现以及他所应用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，它标志着物理学的真正开端。”

　　然而，伽利略一惯不迷信权威的个性使自己得罪了不少人，不久他不得不离开比萨大学。

　　1592年，通过朋友的帮助，帕多瓦大学正式聘用伽利略为数学和天文学教授，这里的薪水是原来的3倍，学术气氛也相当自由。28岁的伽利略意气风发地走向帕多瓦大学教授的讲坛。据说每逢他讲课，大厅里就挤得水泄不通，学校特意给他换了一个大课堂，以便能容纳更多的学生听讲。伽利略此时已逐渐认识到，测量与计算是探索物理学的金钥匙。1602年，伽利略重新开始思考斜面运动和落体问题。这一次，他发现了“加速度”的确切计算方法，他终于得出结论：从静止开始，距离随着所用时间的平方增长。

　　伽利略在帕多瓦大学工作的18年间，最初把主要精力放在他一直感兴趣的力学研究方面，他发现了物理上重要的现象——物体运动的惯性；做过有名的斜面实践，总结了物体下落的距离与所经过的时间之间的数量关系；他还研究了炮弹的运动，奠定了抛物线理论的基础；关于加速度这个概念，也是他第一个明确提出的；甚至为了测量病人发烧时体温的升高，这位著名的物理学家还在1593年发明了第一支空气温度计……但是，一个偶然的事件，使伽利略改变了研究方向，他从力学和物理学的研究转向广漠无垠的茫茫太空了。

　　那是1609年6月，伽利略听到一个消息，说是荷兰有个眼镜商人利帕希在一偶尔的发现中，用一种镜片看见了远处肉眼看不见的东西。“这难道不正是我需要的千里眼吗？”伽利略非常高兴。不久，伽利略的一个学生从巴黎来信，进一步证实这个消息的准确性，信中说尽管不知道利帕希是怎样做的，但是这个眼镜商人肯定是制造了一个镜管，用它可以使物体放大许多倍。

　　“镜管！”伽利略把来信翻来覆去看了好几遍，急忙跑进他的实验室。他找来纸和鹅管笔，开始画出一张又一张透镜成像的示意图。伽利略由镜管这个提示受到启发，看来镜管能够放大物体的秘密在于选择怎样的透镜，特别是凸透镜和凹透镜如何搭配。他找来有关透镜的资料，不停地进行计算，忘记了暮色爬上窗户，也忘记了曙光是怎样射进房间。

　　整整一个通宵，伽利略终于明白，把凸透镜和凹透镜放在一个适当的距离，就像那个荷兰人看见的那样，遥远的肉眼看不见的物体经过放大也能看清了。

　　伽利略非常高兴。他顾不上休息，立即动手磨制镜片，这是一项很费时间又需要细心的活儿。他一连干了好几天，磨制出一对对凸透镜和凹透镜，然后又制作了一个精巧的可以滑动的双层金属管。现在，该试验一下他的发明了。

　　伽利略小心翼翼地把一片大一点的凸透镜安在管子的一端，另一端安上一片小一点的凹透镜，然后把管子对着窗外。当他从凹透镜的一端望去时，奇迹出现了，那远处的教堂仿佛近在眼前，可以清晰地看见钟楼上的十字架，甚至连一只在十字架上落脚的鸽子也看得非常逼真。

　　1610年1月7日这个日子将永垂史册。当伽利略将望远镜对准木星时，发现木星附近有3颗小星，2颗在左，1颗在右，呈直线排列。1月13日夜，他又看到木星周围一共有4颗小星，1颗在左，3颗在右，他明白了，这4颗小星都是木星的卫星！这是人们迄今为止所知道的木星的12颗卫星中的4颗！

　　伽利略既是勤奋的科学家，又是虔诚的天主教徒，深信科学家的任务是探索自然规律，而教会的职能是管理人们的灵魂，不应互相侵犯。所以他受审之前不想逃脱，受审之时也不公开反抗，而是始终服从教廷的处置。他认为教廷在神学范围之外行使权力极不明智，但只能私下有所不满。显然，G.布鲁诺的被处火刑和T.康帕内拉的被长期打入死牢——这两位意大利杰出的哲学家的遭遇——给他精神上投下了可怕的阴影。

　　宗教裁判所的判决随后又改为在家软禁，指定由他的学生和故友A.皮柯罗米尼大主教在锡耶纳的私宅中看管他，规定禁止会客，每天书写材料均需上缴等。在皮柯罗米尼的精心护理和鼓励下，伽利略重行振作起来，接受皮柯罗米尼的建议继续研究无争议的物理学问题。于是他仍用《对话》中的三个对话人物，以对话体裁，和较朴素的文笔，将他最成熟的科学思想和科研成果撰写成《关于两门新科学的对话与数学证明对话集》。两门新科学是指材料力学（见弹性力学）和动力学。这部书稿1636年就已完成，由于教会禁止出版他的任何著作，他只好托一位威尼斯友人秘密携出国境，1638年在荷兰莱顿出版。

　　伽利略在皮柯罗米尼家中刚过了5个月，便有人写匿名信向教廷控告皮柯罗米尼厚待伽利略。教廷乃勒令伽利略于当年12月迁往佛罗伦萨附近的阿切特里他自己的故居，由他的大女儿维姬尼亚照料，禁例依旧。她对父亲照料妥贴，但4个月后竟先于父亲病故。

　　伽利略多次要求外出治病，均未获准。1637年伽利略双目失明。次年才获准住在其子家中。在这期间探望他的除托斯卡纳大公外，还有英国著名诗人、政论家J.弥尔顿和法国科学家、哲学家P.伽桑迪。他的学生和老友B.卡斯泰里还和他讨论过利用木卫星计算地面经度的问题。这时教廷对他的限制和监视已明显放松了。

　　1639年夏，伽利略获准接受聪慧好学的18岁青年V.维维安尼为他的最后一名学生，并可在他身边照料，这位青年使他非常满意。1641年10月卡斯泰里又介绍自己的学生和过去的秘书E.托里拆利前往陪伴。他们和这位双目失明的老科学家共同讨论如何应用摆的等时性设计机械钟，还讨论过碰撞理论、月球的天平动、大气压下矿井水柱高度等问题，因此，直到临终前他仍在从事科学研究。

　　1642年1月8日伽利略病逝，葬仪草率简陋，直到18世纪，遗骨才迁到家乡的大教堂。

　　为了纪念伽利略发明折射式望远镜400周年，联合国将2009年定为国际天文年。天文年上举行了“天文24小时”“百万伽利略望远镜”“路边天文年”等活动，中国的“牧夫天文论坛”、《天文爱好者》杂志社等组织了全国性的纪念活动。

　　真理就具备这样的力量，你越是想要攻击它，你的攻击就愈加充实和证明了它。

　　——伽利略

　　生命有如铁砧，愈被敲打，愈能发出火花。

　　——伽利略

　　蒸汽机发明者瓦特

　　瓦特发明的蒸汽机，使世界进入了“蒸汽时代”，并由此引发了世界上第一次技术革命，促进了生产力的极大发展，使人类生活与世界文明完全改变。

　　詹姆斯·瓦特（James Watt，1736—1819）1736年出生于英国苏格兰格林诺克市镇一个造船工匠的家里。瓦特自幼身体很弱，由于先他出生的孩子一个个因身体太弱而夭折了，他的父母很为他的健康担心，生怕养不活他，因此，他们对小瓦特呵护有加。瓦特天生十分胆小，忧愁善感，不像其他孩子那样终日奔跑嬉戏。一转眼瓦特到了该上学的年龄了，考虑到他的体弱多病，父母不忍心让他冒着风雨去上学，便依旧让瓦特呆在家里，由母亲教他读书写字，父亲教他书法或算术。好在他聪明好学，爱动脑筋，没多久便认识了不少字。就这样，瓦特在家里接受了他的启蒙教育。

　　受家庭的影响，瓦特从小就爱摆弄机械，他常在父亲的作坊里玩耍。大人们修理东西时，他常站在一旁，摸摸这，问问那，大人们嫌他碍手脚，就让他到一边去玩。可小瓦特却没有心思去玩，他的求知欲很强，什么事都想弄明白。他常默默地一个人在房边拾些边角废料模仿着摆弄，这些便是他幼年最喜欢的玩具。

　　瓦特8岁时身体稍好些，被家人送到文法学校去上学。在学校他表现得沉默寡言，并不引人注意。他甚至一直被认为是一个“愚钝不聪明的孩子”，还常被其他淘气的孩子弄哭，被他的同学骂作“软蛋包”“不中用”，连女孩子也嘲笑他“像个孤独的稻草人，又在哭啦”！这可能与他孤僻的性格和不善言辞有关。直到瓦特13岁升到中学时，才渐渐显露出他的才能来，他的数学老师常对他赞不绝口：“这孩子是数学天才，头脑不凡。”瓦特在这位老师的指导下，很用功地念了两年数学。

　　中学毕业后，瓦特开始在父亲的作坊劳动。对他来说，这里无疑是最好的学校，他开始尽情地发挥他童年时就有的手工操作技能。瓦特虽说生来胆小，怕见生人，可是他却具有“对一件事物一旦感兴趣，就非把它完成不可”的倔强特质。不多久，他就全掌握了作坊上上下下的工艺操作，成了一个工作熟练的正式工人。

　　1753年，对14岁的瓦特来说是非常不幸的一年。这年，他的母亲因病去世，父亲在商业上也不顺利，他的大学梦破灭了。瓦特只好自谋生路，单身一人前往伦敦去学习制造数学器具的技艺。幸好，虽然瓦特在伦敦吃尽苦头，经常忍饥挨饿，但是一年以后他终于掌握了制造数学器具的全部工艺。之后，他又回到故乡格林诺克，在父亲那里休养了一段时间，以恢复体力。

　　不久，格拉斯哥大学的迪科博士来信，建议他到那里去维修许多在海上运输中破损的天文仪器。瓦特到了那里，并很快修好了那些天文仪器，颇受迪科博士的赞赏。在迪科博士的帮助下，瓦特在格拉斯哥大学建筑物的角落里，开了一个类似大学附属数学仪器制造所的店铺，出售各种数学器具、乐器、各种玩具以及其他一些杂品，兼作一些修理工作。由于瓦特生性害羞，不善于做生意，他的店铺的生意并不太好，大都从事订货的制造。

　　瓦特的工作场所，不知不觉成为教授和学生的科学研究俱乐部。瓦特经常和他们交流经验，相互请教，他们也经常邀请瓦特到研究室去修理各种出毛病的机械装置。这样，不久瓦特就成为格拉斯哥大学研究所不可或缺的人物了。精于数学的瓦特，对于机械的转动时间和所注入的药品的份量，能够立刻计算出来。如果有时实验失败是基于机械装配的缘故时，瓦特就会深入最微细的地方加以检查，立即便能发现是哪个部分的毛病。遇到不懂的地方，他就很主动地请教教授或学生们，还经常跑到大学的图书馆里，查阅相关的资料。原本就被誉为有数学天才的瓦特在这种实践中慢慢掌握了先进的技术，同时也开阔了眼界。他开始一步步向着科学大道迈进。

　　瓦特在大学里认识了化学家约瑟夫·布莱克和约翰·鲁宾逊，瓦特从他们那儿学到不少科学理论知识。他们3人对改进蒸汽机都颇有兴趣，经常聚在一起，热烈讨论。