淺析伽利略科學思想的研究

　　1 伽利略的生平

　　伽利略，1564年2月15日出生於義大利比薩一個沒落的貴族家庭。12歲時，進入佛羅倫薩附近的修道院學校——聖馬利亞學院，接受古典教育。伽利略後來有三個孩子，一個兒子和兩個女兒。

　　伽利略的父親希望伽利略將來能成為一名醫生，因為當時一名醫生的工資是一名數學家工資的30倍。1581年，快滿18歲的伽利略考入比薩大學學習醫學。但在1585年他還是放棄了醫學的學習而致力於數學和力學的研究，1589—1592年，伽利略擔任比薩大學的數學教授。

　　1592—1610年，伽利略擔任帕多瓦大學的教授。照他晚年寫給一位友人的信中的說法，這是他一生中最美好的時期。正是在那裡他製造瞭望遠鏡、顯微鏡和空氣溫度計，他還發明瞭一種叫作比例規的儀器。他用望遠鏡做了重要的天文觀測，完成了自由落體、拋射體和斜面的實驗研究。可以說伽利略在力學上的大多數發現都是在帕多瓦成熟的。但是，這期間伽利略發表的文章很少。

　　伽利略十分重視對運動學的研究。他反對把運動分為自然運動和強迫運動的分類研究方法，明確提出了加速度的概念、提出了勻速運動和變速運動的新的分類方法，從而使運動理論的研究取得了重大進展。對自由落體的研究是伽利略最富有創造性的成就，他有十分精彩的斜面實驗、“船艙”實驗等。

　　伽利略是第一位利用望遠鏡觀測天體並取得大量成果的科學家。他根據天文觀測勇敢地宣講哥白尼學說，因此，在1616年他被傳喚到羅馬的宗教裁判所，地動學說受到宗教裁判所的譴責，教皇下達了“1616年禁令”，禁止他以口頭的或文字的形式傳授或捍衛日心說。但最終他還是違反了1616年的禁令，在1632年出版了轟動整個學術和思想界的《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》***以下簡稱《對話》***。這招致了他第二次受審。這位70歲的老人被迫當眾跪著表示“公開放棄、詛咒和痛恨地動說的錯誤和異端”，同時，因此他被判終身監禁。

　　被判終身監禁後，他將他最成熟的科學思想和研究成果撰寫成了另一篇科學傑作《關於兩門新科學的對話》***以下簡稱《兩門新科學》***，並在1638年在荷蘭萊頓出版，就在這一年伽利略雙目失明。1642年1月8日，伽利略這位傑出的科學家在阿塞特里逝世，終年78歲。他的葬儀草率簡陋，直到下一世紀，遺骨才遷到家鄉的大教堂。

　　2 伽利略的天文觀測和天文研究

　　1609年夏伽利略聽說荷蘭人發明瞭望遠鏡，他馬上利用他光學的知識和靈巧的雙手，親手製造出瞭望遠鏡，後來伽利略又下功夫改進，把放大率提高到32倍。這種望遠鏡由一塊凸透鏡作為物鏡、一塊凹透鏡作為目鏡來組成，現在被我們稱作為伽利略望遠鏡。到1910年初，伽利略一共製造了一百多臺這樣的望遠鏡，分送給當時義大利、法國、德國等國的王公和有名的學者，在歐洲引起了轟動。

　　1609年底伽利略把他親手製作的望遠鏡首次指向天空的時候，就註定了這是一次革命性的事件了。他發現了一系列新奇的天文現象：銀河有眾星構成;木星周圍有衛星;月亮有高聳的山峰;太陽表面有黑子;金星位相有變化;土星周圍有光環。1610年初他在威尼斯出版了《星際使者》一書，報道了他用望遠鏡獲得的重大發現。這些觀測結果大大沖擊了亞里士多德的完美天界的思想，月亮、太陽並不是亞里士多德所說的那樣完美，更重要的是觀測結果給予哥白尼學說以有力的支援，而不是地心說主張的那樣，所有天體都圍繞地球執行，地球並不是中心，太陽才是中心。

　　伽利略用他的天文觀測和研究把哥白尼日心學說的真實性前所未有地擺在了人們面前。伽利略為使人們接受哥白尼學說的觀點，他選擇了撰寫和出版《對話》，《對話》的出版轟動整個學術和思想界。

　　《對話》的寫作大約從1626年開始，到1629年完成了初稿，1632年在佛羅倫薩用義大利文正式出版。《對話》的寫作採用“對話”的形式。“對話”分為四天，第一天批判了亞里士多德的所謂“天不變”的謬論;第二天用科學事實論證了地球的週日運動;第三天以大量的觀測資料論證了地球的週年運動，否定了以地球為宇宙中心的錯誤說法;第四天討論潮汐問題。《對話》的寫作形式活潑、語言生動、寓意深刻，具有很高的藝術水平和學術價值，是科學史上的一部傑作。

　　伽利略在《對話》中充分利用天文觀測事實，全面系統地討論哥白尼日心說和托勒密地心說的各種分歧，並用作者的許多新發現和力學研究新成果論證了哥白尼體系的正確和托勒密體系的謬誤。

　　3 伽利略的實驗研究和實驗思想

　　近代科學在很大程度上是在科學實驗的基礎上形成和發展起來的。如果說中世紀的思維傳統是注重理性，那麼近代科學則是以實驗和數學為特徵的實證科學，伽利略的科學研究正是體現了近代科學的這種特徵，他的偉大也在於此。歷史上阿基米德、羅吉爾·培根、達·芬奇、吉爾伯特、弗蘭西斯·培根等人都對實驗科學的發展做出了貢獻，但他們各有偏頗。伽利略最具開創性，是一位真正的實驗物理學家。他對待實驗的認識觀念、思想、方法，以及在實驗科學上所做出的貢獻和對後世的影響都大大超於前者。

　　伽利略一系列科學研究成果都是在觀測和實驗的基礎上所取得的。他重視對自然現象進行觀測，更重視對自然現象進行實驗研究。他進行了單擺實驗、斜面實驗、自由落體實驗、船艙實驗等卓有成效的實驗研究工作。他以觀測天空的事實來宣傳哥白尼學說而影響甚大。但是，他真正的偉大在於他通過實驗來探求自然界物質運動的規律，在於他所取得的卓越實驗研究成果和通過實驗研究所體現出來的實驗思想和方法。

　　伽利略的實驗研究成果：自由落體定律、慣性定律的思想、對拋射體的研究、相對性原理等奠定了近代最驚人的知識成就基礎。特別是慣性定律的思想打破了自亞里士多德以來一千多年間“受力運動的物體當外力停止作用時便歸於靜止”的陳舊觀念。而相對性原理的發現則是人類在科學認識史上的一次重大飛躍，也是20世紀愛因斯坦創立相對論的理論基礎。這些內容為自然科學的發展做出了奠基性的貢獻。

　　伽利略在實驗研究工作中，不僅靠對自然理性的把握實現了數學與實驗的有機結合，實現了思想上的突破。而且運用了思想實驗的方法來研究自然之規律，昇華了他通過實驗探求自然界運動規律的理念。他要通過實驗去發現自然的規律，他使物理學徹底擺脫了依靠形而上的思辨、自覺、猜測和定性的議論狀況。他實現了由驗證自然規律到發現自然規律的突破，為人類思想的進步提供了巨大的啟示。

　　4 伽利略的科學思想、宗教信仰及其關係

　　伽利略的科學思想主要體現在：第一，不崇尚書本、不迷信權威和批判的精神;重視理性思維，注重對自然現象的研究。這種對客觀事物求實、求真的認識觀，促進了當時的思想解放運動。第二，他創立的以實驗和理性思維***包括數學推導***相結合的科學研究方法，這對近代科學發展影響深遠。第三，他加強科學研究的實踐性，屏棄了通過權威來解決科學問題的觀念;他屏棄在沒有可靠實驗的基礎上對其進行復雜推理方法的信賴;他要求人們必須通過實驗去閱讀“自然之書”。

　　伽利略實際上是具有科學家和宗教徒的雙重身份。雖然他醉心於自然科學研究，但其精神深處卻有神學信仰在支撐。伽利略處在一個宗教信仰十分濃厚的社會環境之中，早期的宗教教育，對上帝的敬虔已深深地植根於他的腦海，奠定了他作為虔誠宗教信徒的基礎。他不僅自己加入了天主教派，一生篤信上帝，而且，後來還把他只有13歲和12歲的兩個女兒也都送進了修道院做了修女。縱觀伽利略的一生，可以看出他與宗教界有著千絲萬縷的聯絡，甚至與當時宗教界高層也有著經常性的接觸和交流，這在很大程度上加重了伽利略的宗教情感和信仰，使他成為一個虔誠的宗教徒。對於他的天文發現，他首先感謝的是神恩的啟示。教會對他置之不理，但他只責怪幾個“頭腦糊塗”的人而已。不惜代價宣傳和捍衛哥白尼學說也是他宗教情感的一個反映。他雖遭到教廷的迫害，但他仍相信上帝和《聖經》，他始終是一個虔誠的信徒，而非極端的革命者。

　　自然界是多層面的，人們可以從不同的視野來進行觀察。科學的即理性的視野和神學的即感性的視野是信仰眼光的兩個不同重要方面，這兩種視野有時重疊，並且相互影響，這種情景在伽利略身上得到了體現。伽利略一生遊離又交融於科學和神學之間。他認為《聖經》和“自然之書”是神聖的創造者寫下的兩本書，都是正確的。一方面他捍衛科學的真理，另一方面敬虔神聖的宗教。特別是在天文學研究中他從對神學敬仰的角度去解釋科學真實的發現，協調他的信仰與理性。斷言伽利略是衝破了神學的束縛才取得其科學上的成就，在很大程度上是對伽利略的誤解。

　　我們只有把伽利略放在歷史的長河裡，放在特定的歷史文化背景中，撥開層層迷霧，對他的科學思想和宗教信仰有一個清晰而完整的認識，才能準確全面地看待和認識伽利略。

　　5 研究伽利略的意義和價值

　　在科學史的研究中，人物研究歷來都是一個經久不衰的重要研究領域。研究伽利略無論從科學內史上展開，還是從科學外史上深入都極具研究價值。

　　伽利略在科學史上有著極為重要的地位，主要表現以下幾個方面：第一是由於他通過對天空的觀測發現了一系列天文現象。第二是他宣傳、捍衛和豐富了哥白尼學說，使天文科學的進展改變了全人類的宇宙觀，這在天文學、自然科學以及整個人類社會的發展進步中都是意義非凡，影響巨大的。第三是他的實驗研究成果奠定了近代最驚人的知識成就基礎;他一系列科學實驗背後，所蘊含的豐富思想及方法是近代科學革命發生和現代科學發展的必要條件;他把發現自然規律的基本方法告訴了人們;他非凡的唯實、求真、創新的科學精神有力地促進了當時的思想解放運動，對力學、對物理學、對整個自然科學的發展都產生了深遠的影響。伽利略用兩部科學名著《對話》和《兩門新科學》樹立他在科學史上偉大的豐碑。