近代科学之父伽利略

1642年1月8日，在一个寒冷的冬夜里，一位老人的生命即将走到尽头，他躺在床上，眼睛盯着窗外黑沉沉的夜空，他的视线视乎在夜空里寻找着什么。而事实上，他的眼睛在三年前已经患了白内障，几乎什么也看不清了。可是，在临走之前，他依然留恋的是被他观察过无数次的浩瀚的星空。

在生命的最后一刻，陪在老人身边的是他的朋友托里拆利、维维安妮和老人的儿子文森西奥。那一年，老人77岁。

这位老人就是我们这个故事的主角，被称为近代科学之父的伽利略。

一、没落贵族的儿子

在意大利西部海滨的比萨城里，靠近菲奥伦蒂娜门，有一座古色古香的两层小楼。1564年2月15日，伽利略就诞生在这幢小楼里。

伽利略的父亲名叫文森西奥·伽利莱，是个很有才华的绅士。作为贵族的后代，他多才多艺，精通数学、爱好音乐，在意大利颇有名声。伽利略的祖上曾经是贵族，其父的曾祖辈上有人当过佛罗伦萨共和国的首脑——最高司法行政长官。到了伽利略的父亲文森西奥·伽利莱这一代，家族已经没落了。尽管文森西奥·伽利莱精通数学和音乐，但靠这些养活不了一家人，于是只好放下绅士风度，做一些小生意谋生。

伽利略的母亲茱莉亚·安曼哪，出身于比萨的一个贵族之家，28岁那年，她嫁给了伽利略父亲文森西奥·伽利莱，那那时候，文森西奥·伽利莱已经42岁了。她大概是被文森西奥·伽利莱的风流倜傥和才华所打动，结婚后才发现文森西奥·伽利莱家里已经很贫寒了。不过这个女人的伟大之处就在于她安于本分、勤俭持家、相夫教子。伽利略后来能有伟大的发明创造，与他的母亲关系甚大。

伽利略是家中的长子，下面还有两个弟弟，四个妹妹。伽利略小的时候，母亲就是他的启蒙老师，母亲教他希腊语、古典文学和语法。伽利略小时候十分聪明，总爱问“为什么”，而且还特别喜欢和人辩论，像一只好斗的小公鸡。伽利略的天赋很高，对知识的领悟能力也很强，而且喜欢动手制作灵巧的玩具。

伽利略的家离比萨城不远，他经常一个人跑到城里去玩，或者在比萨斜塔下徜徉，或者爬进某个荒废的坑道里探险。在比萨，伽利略度过了一个快乐的童年。

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二、叛逆的大学生

1754年，伽利略10岁，全家迁到佛罗伦萨城。当时的佛罗伦萨是意大利文艺复兴的重镇，伟大的达·芬奇就出生在离佛罗伦萨不远的芬奇镇。

在佛罗伦萨，伽利略的父亲文森西奥·伽利莱开了一家商店维持生计。商店不大，主要经营一些呢绒和布匹，赚钱有限。为了增加收入，文森西奥·伽利莱还教一些富家子弟弹琴和作曲。他还经常参加一些演奏会，很快就融入佛罗伦萨的音乐圈子，他在经营商店的同时，花了很多时间研究音乐理论，并写了一本书《古今音乐对话》。在这本书中，他对以往古板的作曲发提出了批判，这和他的老师的观点相左，他的老师竭力阻止他出版这本书，不过伽利略的父亲不屈不挠，最终还是出版了这本书。伽利略的父亲这种不怕权威的不屈不挠的精神影响着伽利略。有一次，父亲对伽利略说：“权威不过是老虎的牙齿而已，老虎一死，权威就垮了。”

为了让伽利略学点知识，父亲送他到一所修道院学习，当时的文化资源和一些典籍都保存在修道院里，伽利略很喜欢修道院里的生活。宁静的环境、悠扬的钟声、悦耳的赞美诗，使他产生了一种离天堂很近的感觉。

伽利略在修道院的图书馆里博览群书，他如饥似渴地阅读了大量的宗教典籍、神话故事和亚里士多德的著作，如《物理学》《工具论》《形而上学》《天象论》《宇宙论》等。他发现亚里士多德是一位无所不知的大师。这个十二三岁的少年，对亚里士多德心生崇拜，可谁又能想到，十几年之后，他走上了反叛亚里士多德的道路。

由于在修道院里学习，伽利略迷上了神学。有一天，他对父亲，他想当一名见习修道士。父亲一听吓了一跳，母亲也很担忧。伽利略是家里的长子，要承担起家庭重任的。听了儿子的话，父亲当机立断，让伽利略离开了修道院，回到佛罗伦萨读另外的学校。17岁那年，伽利略要考大学了，伽利略想报考人文科学，父亲坚持让他学医，父亲认为医生受人尊敬，还有稳定优厚的收入，一家人都可以受益，伽利略弟弟妹妹比较多，伽利略是长子，要承担起家庭的责任。

伽利略最终听从父亲的建议，考入了比萨大学医科专业。进了大学之后，伽利略并不喜欢医学，于是就经常逃课，他的座位经常是空的，每当医学课时，他就去图书馆，找自己喜欢的书看。不喜欢上医学课的伽利略对哲学课比较感兴趣，当时的大学，所有专业的学生都要学哲学课。伽利略喜欢在哲学的蓝天里遨游。古希腊先哲们的智慧和玄机，引起了他莫大的兴趣。

伽利略深入研读了亚里士多德的书，发掘了一个很大的问题，这位大师提出的原理许多都是未经证明的。在伽利略的时代，亚里士多德的观点被认为是真理，伽利略开始思考，为什么一个科学假设或推论，未经事实验证，就可以下结论说成是真理呢？世界上有绝对的真理吗？为什么亚里士多德的每一句话都被奉为金科玉律呢？从此，伽利略的心中埋下了怀疑和批判的种子。以后，他要用实验的方法探究真理。

伽利略课余时间，经常去听数学讲座。讲课的老师是斯蒂洛·利奇教授。利奇教授是杜斯干大公的宫廷数学家。这是伽利略第一次系统地数学，伽利略这个医科学生对数学入了迷，每堂课都听的很认真，而且做笔记，渐渐地，利奇教授注意到了这个旁听生，很赏识伽利略的好学精神。利奇教授鼓励伽利略学习数学，于是在利奇教授的帮助下，伽利略由医学课转到数学科学习。

在比萨大学学习期间，每个礼拜，作为天主教徒的伽利略都要到比萨教堂参加弥撒。1853年的一个星期日，19岁的伽利略又来到了比萨教堂，在教堂里，伽利略对神父念叨的枯燥的教义不感兴趣，他的目光聚焦在了教堂穹顶上得吊灯上了。吊灯在不停地摆动着，伽利略发现，吊灯摆动的弧线时长时短，但不管摆动幅度是多大，吊灯往返的时间好像是一样的。

当时没有精确的计时工具，伽利略就把右手指按在左手腕上，两只眼睛盯着吊灯，心中默默数着：“一、二、三……”

伽利略发现，不断吊灯摆动的距离是长是短，它往返所需要的时间是相同的。这好像与以往的感觉不符，习惯上认为，摆动幅度越小，所用时间越少。伽利略陷入了沉思，吊灯往返的时间怎么会和摆动幅度没有关系呢？他决定深入研究这一问题。以后得一段时间里，伽利略决定通过实验寻找真理，他做了多次实验，通过改变物重和绳长制作了很多“摆钟”，反复测量摆动的时间，记录测量结果，寻找其中的规律。伽利略的这种做法已经非常接近现代实验科学的思路，可以说是伽利略开启了现代实验科学的先河。最终，真理被伽利略找到了，他从实验记录中找到了规律：摆锤摆动一次所需要的时间，与摆绳长度的平方根成正比，与摆锤的重和摆动幅度没有关系。这就是单摆的等时性原理，应用这一原理，后来的人们制造出了精准的计时工具——摆钟。

三、一个著名的实验

1585年，由于种种原因，21岁的伽利略还没有拿到学位就离开了比萨大学，回到佛罗伦萨的伽利略面临着生计和职业选择的问题，当时他的家中经济困难，父亲的商店和不景气，父亲本指望伽利略学医归来成为医生，没想到伽利略自作主张去学了数学，如今弃学在家，一事无成。为了维持生计，伽利略做了父亲店里的伙计。对于伽利略来说，这是一段艰难的岁月，不过伽利略并不气馁，他白天在店里卖力的干活，有机会就抽空给贵族家里当家庭教师，挣钱补贴家用。在业余时间里，他继续进行数学和物理方面的研究，就是在这段艰难的岁月里，伽利略把他的研究写成了一本书——《小天平》,这是伽利略写的第一本书，书中讲了他做的一些物理方面的实验，还特别讲了古希腊数学家、物理学家阿基米德的故事。这本书是以对话体的形式写成的，已经出版就得到了读者的认可，发行量很广，给年轻的伽利略带来了不小的名声。

后来，利奇教授建议伽利略到大学任教，找到施展自身才华的舞台。几经周折，伽利略在杜斯干大公的推荐下，在比萨大学谋道了一个数学教授的职位，不过薪金不高，每年60个弗罗林金币。

重返比萨大学的伽利略已经不是当年那个叛逆的学生了，成了叛逆的老师，他经常提出对伽利略观点的怀疑，并和维护亚里士多德观点的教授辩论。一个典型的例子就是据说他怀疑亚里士多德说的重的物体先落地。这就是著名的比萨斜塔实验的来历。

1590年的一天早上，伽利略邀请两个助手登上比萨斜塔，助手分别拿一个重量不同的铅球，斜塔下面的广场上挤满了人，等待观看伽利略的实验结果。随着伽利略一声令下，两个助手同时松开手，人们可以清楚地看到，两个铅球几乎同时落地。顿时，人群中想起了一片欢呼声。亚里士多德的神话破灭了。

四、进入帕多瓦大学

实验的成功并没有给伽利略带来什么好名声，相反的是，比萨大学那些保守分子把伽利略看成刺头，伽利略在比萨大学的生活难以为继。1591年，伽利略70岁的父亲突然去世，伽利略在比萨大学的三年聘期也到了，比萨大学不再聘用伽利略，伽利略就离开了比萨大学，又一次回到家中，家中没有了父亲，几个弟弟妹妹还小，此时的伽利略必须要挑起家庭的重担。

伽利略必须要尽快找到工作，多方打听，伽利略得知帕多瓦大学正缺一个数学教授，于是，伽利略在朋友德蒙特侯爵的推荐下进入了帕多瓦大学。

那是1592年的春天，28岁的伽利略被聘为帕多瓦大学的数学教授，聘期6年，报酬为每年180个威尼斯弗罗林，使他在比萨大学报酬的三倍。伽利略真是时来运转，在帕多瓦大学，伽利略开启了他辉煌的人生。

帕多瓦大学坐落在美丽的城市帕多瓦，帕多瓦大学创建于1222年，是欧洲第三古老的大学，也是意大利最大的大学之一，帕多瓦大学的进步哲学思想、解剖学院，以及天文、物理学和数学等学科的发展，当时在欧洲都处于领先地位。

伽利略在具有开放性学术氛围的帕多瓦大学如鱼得水，他的创造里得到激发和展现。在帕多瓦大学，伽利略结识了学问渊博又富有的贵族皮内利，皮内梨是德蒙特的老友，他很欣赏伽利略的才华，和伽利略成了忘年交，这种友谊给初来乍到的伽利略大大的帮助。

皮内利在帕多瓦是一个很有影响力的人物，也是文艺复兴运动的主要参与者。他在帕多瓦城里拥有一套豪宅和一座藏书8万卷的图书馆，这座私人图书馆是16世纪欧洲最大的图书馆。伽利略刚到帕多瓦大学时就住在皮内利家里，这是他有机会在这座图书馆里博览群书。

在帕多瓦大学，伽利略取得了一系列的成就，第一项成就就是他在一次旅行中与一名威尼斯女子玛丽娜·甘巴一见钟情。第二项成就是激励略利用他的数学知识为军队制造了几何军用圆规，编写了一本《几何学和军用圆规使用指南》。第三项成就是研究自由落体运动，得出自由落体运动下落的距离与时间的平方成正比的规律。这个规律至今还是物理学中研究自由落体运动的基本定律之一。伽利略是第一个用数学福安息描述自由落体运动的科学家，也是第一个提出加速度概念的人。第四项成就是伽利略发明了空气温度计，尽管这个温度计有着不可测量低温和精度不高的缺点，但这是人类历史上第一个有刻度的温度计，这种温度计的缺点后来被伽利略的学生托里拆利所克服，托里拆利发明了水银温度计，测量精度和范围都有了显著提高。

五、仰望星空

1609年，伽利略收到了德国天文学家开普勒出版的《新天文学》。开普勒提出行星的运动不是正圆，而是椭圆。这就是著名的开普勒第一定律。伽利略读到《新天文学》，非常兴奋。伽利略给开普勒回信，称赞开普勒对哥白尼学说做出的贡献，并表示完全支持开普勒的观点。从此，伽利略也开启了天文学领域的研究。

就在这时，伽利略做出了一个重要决定，他决定离开帕多瓦大学，回到佛罗伦萨，在佛罗伦萨宫廷中谋到一个相对清闲的职位，专心做科学研究，伽利略在帕多瓦大学的很多朋友都为伽利略离开帕多瓦大学而感到惋惜。但是伽利略觉得在帕多瓦大学做研究的时间不够充足，毅然回到了佛罗伦萨。

1609年6月，伽利略听说在荷兰有个磨镜工制造了一个望远镜，能把远处灯塔顶上的风标看得很近。伽利略敏锐地意识到了望远镜的科学价值。决定自己制作一个望远镜。整整一个夏天，他都沉浸在研制望远镜的狂热里，功夫不负有心人，8月里，他终于制造出一种能放大9倍的望远镜。当他的朋友用望远镜看远处时，惊奇地发现远处的房屋都移到了眼前，连教堂顶上的十字架都看得清清楚楚。伽利略成功了。有人建议把这个新发明献给威尼斯大公，争取这位威尼斯最高统治者对研究的支持。

果不其然，威尼斯大公决定买下这台望远镜，并表示支持伽利略的研究。随后，伽利略投入更大的精力改进望远镜，不久，伽利略制造出了一架能放大30倍的望远镜。这次，伽利略把望远镜对准了天空。通过这架望远镜，伽利略发现了一个崭新的世界。这是天文学的一次革命。伽利略是人类历史上第一个用望远镜观测星空的人。

通过这架望远镜，伽利略第一次看见月亮表面原来是凸凹不平的，就像地球上得起伏的山峦一样，有环形山脉，还有裂纹。他甚至推算出月亮上有的山峰高达6米。伽利略每天观测天象，发现月亮表面有明暗变化的斑纹。而且这些斑纹的位置和亮度随着月亮升高而变化。这表明是太阳的光投射到月球表面，月亮升高时，山脉投影随之变化。再联想到月亮有亏有缺，这一定是太阳的管线被遮住的缘故。伽利略恍然大悟，原来月球不是一个发光体！月亮是在太阳的照射下发亮的，并且把太阳光反射给地球。伽利略是第一个发现月球真面目的人。

伽利略还用这架望远镜发现了木星的卫星，这意味着哥白尼是对的，并不是所有的天体都围绕着地球运动。伽利略把他的观测和记录写成了一本书——《星际使者》。

伽利略用他的望远镜，为哥白尼的学说找到了有力的证据。哥白尼60年前的预言终于得到了证实：太阳系的中心不是地球，而是太阳！地球和其他行星都绕着太阳运行。

六、晚年的厄运

1614年冬天，伽利略因为拥护哥白尼的学说触犯了教会的教条被教会软禁在佛罗伦萨郊外的锡尼别墅里，过着隐居的生活，直到罗马教皇驾崩，由巴贝里主教继位为新教皇乌尔班八世。乌尔班八世是一位以保护科学和艺术出名的主教，因此，伽利略看到了一线希望。伽利略到罗马拜访了乌尔班八世，新教皇乌尔班八世很欣赏伽利略的才华。不过不太赞成哥白尼的日心说。伽利略表示自己想写一部书，教皇答应了，但条件是伽利略只能以讨论的方式谈哥白尼的学说，赞成和反对两种观点都要摆出来，而且最后不能得出地球围绕太阳转的结论。伽利略接受了这个条件，他的心中在酝酿着后来轰动一时的书——《关于托勒密和哥白尼量大世界体系的对话》。也正是这部书让伽利略的晚年吃尽了苦头，最后郁郁而终。

1631年11月，伽利略迁到了佛罗伦萨南郊蕉耶里别墅居住，当时的伽利略已经是67岁高龄了，身体越来越差。这座别墅位于一座高山上，透过窗子，整个佛罗伦萨城尽收眼底。伽利略在这里度过了他人生的最后一段岁月。

1632年，《对话》完成并付印，这部著作一经出版就得到读者的热烈欢迎。贺信和订单像雪片一样从欧洲各地飞来，书像野火一般畅销开来。伽利略在书中以三个任务对话的方式讨论了天文学的问题。《对话》在人类科学史上具有重大的意义。细心的读者不难看出，整部《对话》以充分的论据和大量无可争辩的事实，有力地批判了亚里士多德和托勒密的错误理论，科学地论证哥白尼的日心说，宣告了宗教神学的彻底破产。

由于这本书的发行，在欧洲很快就卷起了一股哥白尼风。但是，教会人士读了这本书大为震惊，罗马教廷也如临大敌。1632年8月，突然从罗马传来禁令：必须停止《对话》发行。罗马教廷组织了一个专门委员会向宗教裁判所提交审查报告，要求传唤伽利略。这下伽利略惹了大麻烦。

1632年10月，最后的暴风雨终于来了。罗马宗教裁判所发来传票，要伽利略到罗马接受审判。这个风烛残年的老人，在生命的晚年遭此厄运，伽利略想起了1600年，布鲁诺因宣传哥白尼的被烧死在罗马鲜花广场上。自己是不是也要遭受同样的命运。伽利略心惊胆战。1633年2月，年迈的伽利略被押解到罗马，6月，伽利略被押解到圣母玛利亚教堂修道院，接受宣判。他按照命令，当着主教团的面做弃绝宣言，宣言的主要内容是，承认哥白尼的学说是异端邪说，拥护宗教教义。

我们可以想象，伽利略的一生都在研究科学，如今却让他宣称自己研究了一辈子的科学是异端邪说，可想而知，伽利略是违心的，大丈夫能屈能伸，真理终将战胜谬误，需要的只是时间。

从罗马回来，伽利略被禁闭在家里，不准外出，不准随便与人接触。伽利略生命的最后8年都是在禁闭的环境中度过的，不过后来罗马教廷对伽利略的监视有所放松，1639年，伽利略获准接受聪慧好学的17岁的维维安尼成为他的最后一名学生，可以在身边照顾伽利略的生活，这位年轻人帮助伽利略整理资料，做记录，给伽利略带来了不少安慰。在此期间，伽利略的视力下降很多，身体越来越差，很多人都来看望伽利略，如英国著名诗人弥尔顿和法国哲学家伽桑迪。后来，伽利略身边又来了一个学生，他就是青年物理学家托里拆利。托里拆利后来在物理学上取得了巨大的成就。

在伽利略的晚年，尽管身体每况愈下，伽利略也没有闲着，在学生的帮助下，伽利略用三年的时间整理了自己一生的力学实验，写成《关于两门新科学的对话》一书。这本书是伽利略一生心血的凝聚。伽利略推翻了亚里士多德传统的运动观，成为后来牛顿总结的运动三大定律的基本思想，奠定了近代物理学的基础。我们今天中学生，依然在学习伽利略发现的物理规律。

1642年1月8日，伽利略走完了他波澜壮阔的一生，终年77岁。

本文主要参考文献：《从稚气小孩到科学巨人：伽利略》