伽利略

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  伽利略汉语拼音:Jialilüe;英语:Galilei, Galileo;1564-02-15~1642-01-08),意大利物理学家和天文学家,近代实验科学的奠基者之一。生于比萨,卒于阿切特里。伽利略家族姓伽利莱(Galilei),他的全名是Galileo Galilei,但现已通行称呼他的名Galileo,而不称呼他的姓。

  伽利略出身于没落的贵族家庭。他父亲芬琴齐奥·伽利莱(Vincenzio Galilei 1520-1591)精通音乐理论和声学,著有《音乐对话》一书。伽利略1572年开始上学。1575年随全家迁居佛罗伦萨,进入修道院学习。1581年他遵父命进比萨大学学医,但他感兴趣的是数学、物理和仪器制造。1585年因家贫退学,担任家庭教师,仍奋力自学,并作出研究成果。1589年比萨大学聘请他讲授几何学天文学。1591年父亲病逝,他因家庭经济负担到威尼斯帕多瓦大学任教。1609年回佛罗伦萨。1611年到罗马并担任林嗣科学院的院士。1633年以“反对教皇、宣扬邪学”被罗马宗教裁判所判处终生监禁。1638年以后,双目逐渐失明,晚景凄凉。

  学术成就可分下列三个方面:

  新的科学思想和科学研究方法 在伽利略的研究成果得到公认之前,物理学以至整个自然科学只不过是哲学的一个分支,没有取得自己的独立地位。当时,哲学家们被束缚在神学亚里士多德教条的框框里,他们苦思巧辩,得不出符合实际的客观规律。伽利略敢于向传统的权威思想挑战,不是先臆测事物发生的原因,而是先观察自然现象,由此发现自然规律。基于这样的新的科学思想,伽利略倡导了数学与实验相结合的研究方法。这种研究方法是他在科学上取得伟大成就的源泉,也是他对近代科学的最重要贡献。

  物理学 在历史上伽利略是最早对动力学作了定量研究的人。1589~1591年,他对物体的自由下落运动作了细致的观察,从实验和理论上否定了统治两千年的亚里士多德的落体运动观点(重物比轻物下落快),指出如忽略空气阻力,物体下落的速度和它的重量无关。根据伽利略晚年的学生V.维维亚尼的记载,落体实验是在比萨斜塔上进行的,但这件事在伽利略著作中没有记录,因而较普遍认为此事不可靠。伽利略还对物体在斜面上的运动,抛射体的运动等作过实验和观察。在这些研究基础上他提出了加速度的概念及其数学表达式。他曾非正式地提出惯性定律和物体在外力作用下运动的规律,提出运动相对性原理(现称伽利略相对性)。这些为牛顿正式提出运动第一、第二定律奠定了基础。在经典力学的建立上伽利略可说是牛顿的先驱。

  伽利略对摆的运动作过长期的观察和研究。传说他少年时注意到教堂挂灯来回摆动的等时性。在后来的研究中他指出单摆的周期和摆长度的平方根成反比。这一规律为后来计时机构(摆钟)的设计提供了根据。1641年,已失明的他,让儿子为他绘制了摆钟设计图。

  伽利略研究了梁的抗弯曲的能力和梁尺寸的关系。他还把这种关系用来说明为什么体格大的动物在负担自身重量方面不如体格小的动物,写道:“一只小狗也许可以在它的背上驮两三只小狗,但我相信一匹马也许连一匹和它同样大小的马也驮不起。”

  伽利略在被监禁期间把他在力学方面的成就用三人谈话的形式写成《两门新科学的谈话》一书(1638年出版),所说两门新科学的内容,现在分别属于动力学和材料力学

  天文学 伽利略在知道荷兰人已有了望远镜后,亲手制造和改进了望远镜,并用来巡视天空,发现许多前所未知的天文现象。他发现所见恒星的数目随着望远镜倍率的增大而增加;银河是由无数单个的恒星组成的;月球表面有崎岖不平的现象,金星也有圆缺的变化;木星有四个卫星(其实是众多木卫中的最大的四个)。他还发现太阳黑子,并且认为黑子是日面上的现象。由黑子在日面上的自转周期,他得出太阳的自转周期为28天(实际上是27.35天)。1637年在目力很差情况下,他还发现了月亮的周日和周月天平动。

  这一系列天文发现轰动了当时的欧洲,有力地支持了N.哥白尼的日心体系说。伽利略在介绍他新发现的两本书《星际使者》(1610)和《关于太阳黑子的书信》(1613)中,都主张哥白尼的日心说,而当时教会中许多人对日心说不肯认同。1613年,哥白尼的《天体运行论》被宗教法庭列为禁书,伽利略也受到警告,要他放弃哥白尼学说。伽利略没有接受警告,他继续写作,1632年他的《两大世界体系的对话》出版。宗教法庭把伽利略传到法庭,并宣判他有罪,禁止《对话》流传。1633年被判处终生监禁。

  无论在动力学、梁的弯曲或者是天文学的研究中,伽利略十分重视观察和实验的作用。他又善于在观测结果的基础上提出假设,运用数学工具进行演绎推理,看是否符合于实验或观察结果。如在自由落体的实验中,他让水滴相继地从同处下落,每两滴时间间隔相同。他观察到任何时刻相继两滴间的距离成等差级数。他运用数学中的抛物线性质,得出下落距离和时间成平方关系。值得注意的是,他对理论推导也很严谨。尽管抛物线的性质早在古希腊那里已有了解,现存的伽利略手稿表明,他把抛物线的公式又从头推算了一遍。

  实验和观测要精确,就离不开测量仪器。伽利略往往亲自设计制造仪器。除了上述望远镜外,他设计和制造的仪器有流体静力秤、比例规、温度计、摆式脉搏计等。

  从伽利略开始的科学研究中,首先在力学的研究中,科学实验被放到重要的地位。从伽利略、牛顿开始的实验科学,是近代自然科学的开始。