神探伽利略第三季的《两大世界体系的对话》中三个主要人物及其观点

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(,-)。数学家、、,的先驱[1]。伽利略发明了摆针和,在上为人类作出过巨大贡献,是近代实验科学的奠基人之一。历史上他首先在的基础上融汇贯通了、和三门知识,扩大、加深并改变了人类对和的认识[2]。伽利略从中总结出、和伽利略等。从而推翻了物理学的许多臆断,奠定了的基础,反驳了的,有力地支持了的日心学说[1]。他以的实验和推翻了纯属思辨传统的,开创了以实验为根据并具有严密的近代科学。因此被誉为“近代力学之父”、“现代科学之父”。其工作为的的建立奠定了基础[2]。倡导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[3]。伽利略认为经验是知识的唯一源泉,主张用实验—数学方法研究,反对的神秘思辨。深信自然之书是用写的,只有能归结为的、大小和才是的。他是利用观察取得大量成果的第一人。伽利略对17世纪的和的发展起了重大作用[1]。从、开始的实验科学,是的开始[3]。经典力学的鼻祖伽利略第一次提出了惯性概念,提出了惯性和加速度这个全新的概念,为牛顿力学理论体系的建立奠定了基础。论证日心说伽利略用望远镜观察到天体周相等现象,反驳了托勒密的地心体系,有力地支持了哥白尼的日心学说。提出自由落体定律伽利略让一个铜球从阻力很小的斜面上滚下,通过实验证明了小球沿的运动是匀变速直线运动。相关词条:外文名Galileo Galilei国&&&&籍意大利出生地意大利西海岸比萨城出生日期逝世日期1642年(年)1月8日职&&&&业、、毕业院校代表作品《》、《关于太阳黑子的书信》逝世地意大利阿切特里血&&&&型O型星&&&&座水瓶座
伽利略伽利略(GalileoGalilei,—)。意大利、物理学家和,近代科学的奠基者之一。生于,卒于阿切特里。伽利略家族姓伽利莱(Galilei),他的全名是,但现已通行称呼他的名“伽利略”(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 )精通和,著有《音乐对话》一书。
伽利略1572年开始上学。
1575年随全家迁居,进入学习。
1581年伽利略17岁时,在学医,但他感兴趣的是、和制造。以数学和物理见长,因善于辩论而闻名全校。
1585年因家贫退学,担任家庭教师,仍奋力自学[3],专心研究希腊人的科学著作。他发明了测定成分的天平。
1586年写出论文《天平》。这项成就引起全国的注意,人们称他为“当代的”。
1589年写了一篇论固体的的论文,获得新的荣誉。比萨大学因此聘他担任数学教授,时年仅25岁。讲授和。
此后,他的生活经历了三个时期:在比萨大学任教三年(年);在任教十八年(年);自1610年起,至1642年去世为止,移居佛罗伦萨,任托斯康的首席和数学家[4]。1591年父亲病逝,因家庭经济负担到的帕多瓦大学任教。1609年回佛罗伦萨。1610年起移居佛罗伦萨,中间曾两次去罗马:1611年去表演他的;1633年去宗教法庭受审。他在上的贡献主要在前两个时期,而天文学上的发现和对学说的宣传和发展则在第三时期[4]。
1611年到并担任林嗣的。
1633年以“反对教皇、宣扬邪学”被判处终生监禁。被宗教定罪以后,早年的再次成为他的主要工作。
1638年以后,双目逐渐失明,晚景凄凉[3]。
日逝世。三百多年后,日,罗马教皇不得不在公开集会上宣布:1633年对伽利略的宣判是不公正的。1980年10月又提出重审这一案件,并在罗马组成一个包括不同的著名委员会来研究伽利略的始末,研究科学同的关系,研究伽利略的科学价值及其对现代的贡献[5]。伽利略1564年生于比萨。
伽利略自幼受父亲的影响,对音乐、、以及兴趣极浓;也像他父亲一样,不迷信。17岁时遵从父命进比萨大学学医,可是对他感到枯燥无味,而在课外听著名O.讲和阿基米德,感到浓厚兴趣[2]。伽利略孜孜不倦地学习数学、等,并且以怀疑的眼光看待那些自古以来被人们奉为经典的学说。
1583年,伽利略在里注意到一盏悬灯的摆动,随后用线悬铜球作模拟()实验,确证了微小的以及摆长对的影响,由此创制出脉搏计用来短。[2]
1587年他带着关于重心计算法的论文到罗马大学求见著名数学家和历法家C.教授,大受称赞和鼓励。克拉维乌斯回赠他罗马大学教授P.的与讲义,这对于他以后的工作大有帮助。
1588年他在佛罗伦萨研究院做了关于《》中图形构想的演讲,其与数学才华大受人们赞扬。次年发表了关于几种固体计算法的论文,其中包括若干静力学新。由于有这些成就,当年比萨大学便聘请他任教,第二年发现了。
当时比萨大学教材均为学派的学者所撰,书中充斥着与的。伽利略经常发表辛辣的反对意见,由此受到校内该的歧视和排挤。[2]
伽利略生活的时代,正是上著名的时代,意大利是文艺复兴的发源地。许多大城市如、和,发展成东西方的中心,建起了、和最早的,出现了生产关系的萌芽,贸易往来发达。的普及,使新的比以往任何时候都更加迅速,人们对千百年来束缚思想的和传统教条开始产生动摇。
1592年伽利略转到任教。帕多瓦属于威尼斯,远离,不受教廷直接控制,学术思想比较自由。在此良好气氛中,他经常参加校内外各种活动,与具有各种思想观点的同事论辩。此时他一面吸取前辈如N.、G.贝内代蒂、F.科门迪诺等人的数学与研究成果,一面经常考察、、和各项军用民用,广泛结交各行各业的员工,帮他们解决技术难题,从中吸取生产技术和各种新,并得到启发。
在此时期,他深入而系统地研究了、、静力学、以及一些和军事建筑等;发现了,研制了和。
1597年,他收到赠阅的《》一书,开始相信,承认有和两种。但这时他对的圆运动最自然最完善的思想印象太深,以致对开普勒的理论不感兴趣。
1604年天空出现,亮光持续18个月之久。他便趁机在威尼斯作几次演讲,宣传哥白尼学说。由于讲得精采动听,听众逐次增多,最后达千余人。
1609年7月,盛传一眼镜工人发明了供人玩赏的望远镜。他未见到实物,思考竟日后,用风琴管和凸凹透镜各一片制成一具望远镜,为3,后又提高到9。他邀请威尼斯到塔楼顶层用望远镜观看远景,观者无不惊喜万分。参议院随后决定其为帕多瓦大学的。1610年初,他又将望远镜放大率提高到33,用来观察,新发现甚多,如表面高低不平,月球与其他行星所发的光都是的,有4颗卫星,原是无数发光体的总汇,有多变的外形等等,开辟了的新天地。是年3月,出版了他的《星空信使》一书,震撼全欧。随后又发现盈亏与大小变化,这对是一强有力的支持。
伽利略日后回顾在帕多瓦的18年时,认为这是他一生中工作最开展、精神最舒畅的时期。事实上,这也是他一生中学术成就最多的时期。[2]20年来伽利略在物理学和天文学研究上的丰硕成果,激起了他学术上的更大企求。为了取得伽利略·伽利雷充裕时间致力于,1610年春,他辞去大学教职,接受大公聘请,担任首席数学家和哲学家的闲职与比萨大学首席数学教授的荣誉职位。
为了使科学免受教会干预,伽利略曾多次去罗马活动。1611年他第二次去罗马,目的在于赢得、与认可他在天文学上的发现。他在罗马受到包括和若干高级在内的上层人物的热情接待,并被林赛接纳为院士。当时的们承认他的观测事实,只是不同意他的。这年5月,在的大会上,几个高职位的神父公开宣布了伽利略的天文学成就。
同年,他观察到及其运动,对比黑子的运动和运动的,论证了太阳黑子是在太阳表面上;他还发现了太阳有。1613年他发表了3篇讨论太阳黑子问题的通信稿。另外,1612年他又出版了《水中浮体对话集》一书。
1615年,一诡诈的教士集团和教会中许多与伽利略敌对的人联合攻击伽利略为哥白尼学说辩护的论点,控告他违反。他闻讯后,于是年冬第三次去罗马,力图挽回自己的声誉,企求教廷不因自己保持观点而受到惩处,也不公开压制他宣传哥白尼学说,教廷默认了前一要求,但拒绝了后者。教皇保罗五世在1616年下达了著名的“1616年禁令”,禁止他以口头的或文字的形式保持、传授或捍卫日心说。
1624年,他第四次去罗马,希望故友新任教皇乌尔邦八世能够同情并理解他的意愿,以维护新兴科学的生机。他先后谒见6次,力图说明日心说可以与相协调,说“是教人如何进,而不是教人知道是如何的”;并且试图以此说服一些,但毫无效果。乌尔邦八世坚持“1616年禁令”不变;只允许他写一部同时介绍日心说和的书,但对两种学说的态度不得有所偏倚,而且都要写成数学假设性的。在这辛勤奔波的一年里,他研制成了一台显微镜,“可将苍蝇放大成母鸡一般。”
此后6年间,他撰写了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系对话》一书。1630年他第5次到罗马,取得了此书的“出版许可证”。此书终于在1632年出版了。此书在表面上保持中立,但实际上却为辩护,并多处对教皇和隐含嘲讽,远远超出了仅以数学假设进行讨论的范围。全书笔调诙谐,在意大利上列为文学名著。[2]
《对话》出版后6个月,便勒令停止出售,认为作者公然违背“1616年禁令”,问题严重Trial of Galileo,1632,亟待审查。原来有人在教皇乌尔邦八世面前挑拨说伽利略在《对话》中,借头脑简单、思想守旧的辛普利邱之口以教皇惯用辞句,发表了一些可笑的错误言论,使他大为震怒。曾支持他当上教皇的激烈地主张要严惩伽利略,而和王国认为如纵容伽利略会对各国国内的异端思想产生重大影响,提出联合警告。在这些内外压力和挑拨下,教皇便不顾旧交,于这年秋发出要伽利略到罗马宗教裁判所受审的。
年近七旬而又体弱多病的伽利略被迫在寒冬季节抱病前往罗马,在严刑威胁下被审讯了三次,根本不容申辩。几经折磨,终于在 日在修女院的大厅上由10名联席宣判,主要罪名是违背“1616年禁令”和教义。伽利略被迫跪在冰冷的石板地上,在教廷已写好的“”上签字。主审官宣布:判处伽利略终身监禁;《对话》必须焚绝,并且禁止或他的其他。此判决书立即通报整个世界,凡是设有大学的均须聚众宣读,借此以一儆百。
伽利略既是勤奋的科学家,又是虔诚的,深信科学家的任务是探索,而教会的职能是管理人们的,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极不明智,但只能私下有所不满。显然,的被处火刑和T.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,指定由他的学生和故友A.皮柯罗米尼大主教在的私宅中看管他,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,将他最成熟的和成果撰写成《关于两门的对话与对话集》。两门新科学是指(见)和。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年双目失明。次年才获准住在其子家中。在这期间探望除外,还有著名诗人、J.和科学家、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.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.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设计,还讨论过、的、下矿井水柱高度等问题,因此,直到临终前他仍在从事。
伽利略于日病逝,葬仪草率简陋,直到下一,遗骨才迁到家乡的大教堂。[2]为了纪念伽利略发明400周年,将2009年定为。数学—实验方法
在物理学说方面有两大,一派以亚里士多德为代表,另一派则以阿基米德为代表。两人皆是古代希腊著名的学者,由于两人的和不同,科学各异,形成了鲜明的 对立。亚里士多德学派的观点是凭主观臆断的推理方法作结论,充斥着。学派的观点完全依靠科学实践得出结论。
从11世纪起,在的扶持下,亚里士多德的著作得到了家的重视,他们排斥阿基米德的物理学,把亚里士多德的物理学奉为,凡违反亚里士多德物理学的学者均被视为“异端邪说”。伽利略对亚里士多德的物理学持怀疑态度,相反地特别重视阿基米德对物理学的研究,重视数学和的结合。
在伽利略的研究成果得到公认之前,物理学以至整个只不过是的一个分支,没有取得自己的独立地位。当时,们被束缚在和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。伽利略敢于向的思想挑战,不是先臆测发生的,而是先观察,由此发现。[2]基于这样的新的,伽利略倡导了数学与实验相结合的。这种研究方法是他在科学上取得伟大成就的源泉,也是他对科学的最重要贡献[3]。伽利略在比萨斜塔上做实验,及结论
伽利略摒弃神学的,认为是一个有的服从简单的整体,要了解,就必须进行的实验,找出它的精确的。[2]
基于新的思想,伽利略倡导了新的方法(数学-实验方法)。用研究物理问题,原非伽利略首倡,可以追溯到公元前3世纪的阿基米德,的和以及15、16世纪的意大利,在这方面都有一定成就,但他们并未将放在首位,因而在上未能有所突破。伽利略重视实验的思想可见于1615年他写给克利斯廷娜的一封信上的话:“我要请求这些聪明细心的们认真考虑一下臆测性的和由实验证实了的原理二者之间的区别。要知道,做实验工作的教授们的主张并不是只凭主观愿望来决定的。”
伽利略的数学与实验相结合的研究方法,一般来说,分三个步骤:①先提取出从中获得的认识的主要部分,用最简单的数学表示出来,以建立的;②再由此式用导出另一易于实验的数量关系;③然后通过实验来证实这种数量关系。他对落体规律的研究便是最好的说明。
从的所能作出的最简单设想,可能是其v与s成,此v也可能与下落t成正比。这就是研究方法的步骤①。通过数学,不难发现第一种假设对于匀加速运动是不能成立的。于是采取v∝t或v=at的,这里a是。由于v值无法,所以将此式转换为可测量路程的形式。
最后的步骤是用实验:由于的a值大,即使在短时间内下落的路程也会很大,难于测量。为了“冲淡”加速度,使其减小,伽利略设计了斜面滚球实验,测量从斜面上的光滑小槽内往下滚的青铜小球的行程与时间的关系。他采用精密的漏壶,反复实验100次。所得结果与步骤②中所设想的s-t数量关系符合,且良好,肯定了作设想的正确性。
由此可见,伽利略进行的目的主要是为了一个是否正确,而不是盲目地收集资料,。[2]
概念和原理创新
惯性原理和力与加速度的新概念。推动时需要的大,而推动轻物时需要的力小,是伽利略·伽利雷人们的。亚里士多德据此得出普遍性的结论:一切物体均有保持静止或所谓寻找其“天然去处”的本性,认为“任何运动着的事物都必然有推动者”,并用比例定律把与联系起来。伽利略则得出新的概念,他观察到一个沿着光滑斜面向上滑动的物体,因斜面的斜角不同而受到不同程度的减速,斜角越小,减速越小。如在无阻力的水平面上滑动,则应保持原速度永远滑动。因而得出这样的结论:“一个运动的,假如有了某种速度以后,只要没有增加或减小速度的外部,便会始终保持这种速度——这个条件只有在的上才有可能,因为在斜面的情况下,朝下的斜面提供了加速的起因,而朝上的斜面提供了减速的起因;由此可知,只有在水平面上运动才是不变的”(《》,第三天,问题9,假设23)。这样,伽利略便第一次提出了,并第一次把和“引起加速或减速的外部原因”即运动的改变联系起来。与前述的匀加速运动实验结合在一起,伽利略提出了惯性和加速度这个全新的概念,以及在作用下物体作的全新的运动规律,为理论体系的建立奠定了基础。这种新的惯性概念,推翻了1000多年以来亚里士多德学派认为物体运动靠或迂回空气推动的说法,也澄清了中世纪含糊的“”说。这是人类长期以来研究的理论成果,并且得到了当时地动说支持者们的拥护。伽利略虽然没有明确地写出,可是表明了这是属于物体的本性的,在研究其他物理问题时,他熟练地运用了它。然而他未能摆脱柏拉图关于作圆运动的观点,相信“圆惯性”的存在,因此未能将惯性运动概念推广到一切物体运动上。完整的是在伽利略逝世后两年由R.表述的。
伽利略把物体速度的大小和的改变或加速度的产生归诸力的作用,这是对力的的认识,也是的雏形。惯性原理的发现破除了力是运动原因的旧概念,而认为力是改变的原因。牛顿在《》一书中高度评价伽利略对第一、第二两运动定律所作的开创性工作(见)。
和运动的、定律。在弹道的研究中,伽利略发现水平与垂直两方向的运动各具有独立性,互不干涉,但通过又可合成实际的运动。他从于的匀加速运动和水平方向的,完整地解释了弹道的性质,这是运动的合成研究的重大收获,并具有意义。
惯性系的概念。伽利略用为哥白尼地动学说进行辩解时,应用通俗地说明了石子从桅杆顶上掉落到桅杆脚下而不向船尾偏移的道理。他又进一步以作的船舱中物体运动规律不变的著名论述,第一次提出的概念。这一原理被称为伽利略相对性原理,是的先导。
单摆周期性质的发现。伽利略由观察到教堂悬灯的摆动对摆进行实验研究,发现的与摆长的成正比,而与大小和摆锤无关。这个规律的发现为此后的振动理论和机械器件的建立了基础。
光速有限及其测量。前人对于是否有限从来没有明确的认识。伽利略观察了现象,认为光速是有限的,并设计了测量光速的掩灯方案。但限于当时的实验条件,用这种测量方法实际测到的主要只是实验者的反应和人手的动作时间,而不是光的行进时间。然而,如果有了明暗变化有的或高速的代替人手动作,是可以测量到真正的光速的,后来食法、法、转镜法、克尔盒法、变频闪光法等光速都借鉴于掩灯。
几种基本物理实验仪器的研制。伽利略不但亲自和过许多实验,而且亲自出不少。他的知识丰富,制作技术精湛,他所创制的许多实验仪器在当时及对后世都很有影响,下面举出几项:
浮力天平。这是利用浮力原理快速测定金银器皿首饰中金银含量比例的直读。这种仪器当时已用于金银首饰器皿的中。
温度计。伽利略首创的是一种开放式的液体温度计,玻璃管内盛有着色的和,液面与相通。这实际上是温度计与的混合体,这是由于当时他对的变化还没有明确的认识。尽管如此,其仍很大,从此成为的,不再是不确定的主观。伽利略望远镜
望远镜。伽利略制成的望远镜,可以观察到物体的。经过改进后,其倍率由3逐步增大到33;不但指向,还可应用于要塞,取得空前丰硕的发现(见右图)。这种望远镜结构简单,而其倍率和受和的限制较大。
彻底推翻亚里士多德的物质观。占绝对统治地位的,是经过改装了的亚里士多德的自然观,它成为封建统治者民众的。亚里士多德认为,和地上万物都由气、火、水、土四种所组成,都是丑陋、不洁、不完美的,有变化和有生灭的。和组成向上流动的轻物,和组成向下掉落的重物。而则是由“”所组成的纯洁、完美、永恒的。又因为“上帝厌恶真空”,所以真空不可能存在。然而伽利略从望远镜发现月亮表面有山峰和洼地,高低不平,并不是完美无缺,金星也有盈亏变化;太阳表面还有活动不已的黑子;肉眼就能直接看到的及其渐渐暗淡和消失,这些都打破了亚里士多德,天体和地上的悬殊的思想。伽利略通过对的研究,得知所有物体都是重物,没有绝对的轻物。天体和地球以及地上万物在上是统一的。也可能存在和产生,而且只有在真空中才能研究物体运动的真正性质,这就彻底推翻了亚里士多德凭借主观臆测的,从而也根本动摇了封建神权的思想统治。
科学革命的先驱。伽利略在和发展的过程中作出了划时代的贡献。在当时的社会条件下,为争取不受权势和旧传统压制的,为近代科学的生长,他进行了坚持不懈的斗争,并向全世界发出了振聋发聩的声音。因此,他是的先驱,也可以说是“”。虽然他晚年终于被剥夺了,但他开创的意志并未动摇。他的追求科学的精神和成果,永远为后代所景仰。
1979年,教皇J.代表为伽利略公开平反昭雪,认为教廷在300多年前迫害他是严重的错误,这表明教廷最终承认了伽利略的主张——不应该干预科学。[2]伽利略是第一个把实验引进力学的科学家,他利用实验和数学相结合的方法确定了一些重要的力学定律。1582年前后,他经过长久的实验观察和数学推算,得到了摆的等时性定律,接着在1585年因家庭经济困难辍学。离开比萨大学期间,他深入研究古希腊学者欧几里得,阿基米德等人的著作。他根据杠杆原理和浮力原理写出了第一篇题为《天平》的论文。不久又写了论文《论重力》,第一次揭示了重力和重心的实质并给出准确的数学表达式,因此声名大振。与此同时,他对亚里士多德的许多观点提出质疑。
在上伽利略是最早对作了的人。年,他对物体的运动作了细致的,从实验和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
伽利略在比萨斜塔演示自由落体实验,不同的物体在下落时同时落地,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.的记载,实验是在上进行的,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[3]。有历史记载的第一个完成这类试验的人是,在《》中记载,斯台文在1586年使用2个重量不同的铅球完成了这个试验,并证明了亚里士多德的理论是错误的。在斯台文试验的几个以后,的日在无空气月球上使用一把锤子和一根羽毛重复了这个试验,证明且让地球上的亲眼看到了两个物体同时掉落在月球表面上。
伽利略对运动基本,包括、速度、加速度等都作了详尽研究并给出了严格的数学表达式。尤其是加速度概念的提出,在上是一个。有了加速度的概念,力学中的动力学部分才能建立在之上,而在伽利略之前,只有静力学部分有定量的描述[5]。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。他曾非正式地提出和物体在外力作用下的,提出运动(现称伽利略相对性)。相对性原理是为答复对的责难而提出的,但原理的意义远不止于此,它第一次提出()的概念,被爱因斯坦称为伽利略相对性原理,是的先导。这些为牛顿正式提出运动第一、奠定了基础。伽利略还提出过定律,运动规律。在的建立上伽利略可以说是牛顿的先驱[3]。
伽利略对摆的运动作过长期的观察和研究。在后来的研究中指出单摆的周期和摆长度的平方根成。这一为后来机构()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。[3]
伽利略在力学方面的贡献是多方面的。这在他晚年写出的力学著作《关于两门新科学的谈话和数学证明》中有详细的描述。在这本不朽著作中,除动力学外,还有不少关于材料力学的内容。例如,他阐述了关于的和理论,正确地断定梁的抗弯能力和几何尺寸的力学相似关系。他指出,对长度相似的圆柱形梁,抗弯力矩和立方成。他还分析过受集中的,正确指出最大在下,且与它到两的之积成比例。伽利略还对梁弯曲理论用于实践所应注意的问题进行了分析,指出的尺寸不能过大,因为它们会在自身重量作用下发生破坏。他根据实验得出,动物形体尺寸减小时,躯体的并不按比例减小。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。”[5]
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)[3]。伽利略是利用望远镜观测取得大量成果的第一位。[5]1609年,伽利略在知道荷兰人已有了后,伽利略创制了(后被称为),并用来观测,发现许多前所未知的。他发现所见的数目随着望远镜的增大而增加;是由无数单个的组成的;表面有崎岖不平的现象(亲手绘制了第一幅),的盈亏现象;有四个(其实是众多木卫中的最大的四个,现称)。他还发现,并且认为黑子是日面上的现象。由黑子在日面上的,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,他还发现了的周日和周月。[3]这些发现开辟了天文学的新时代。
伽利略第一个用望远镜观察到、太阳黑子、月球山岭、和的盈亏现象、的和金星的等现象,并从实验中总结出、惯性定律和伽利略相对性原理等。从而推翻了亚里士多德物理学的许多臆断,奠定了经典力学的基础,反驳了的,有力地支持了哥白尼的日心学说。
这一系列发现轰动了当时的,伽利略在介绍他新发现的两本书《》(1610)和《关于太阳黑子的书信》(1613)中,都主张哥白尼的。伽利略以观测到的事实,推动了哥白尼学说的传播。当时的意大利仍处于教会的严酷统治之下,许多人不肯承认同《圣经》和亚里士多德著作相违背的新思想、。1613年,哥白尼的《》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,继续写作,1632年他的《两大世界体系的对话》出版,激怒了。宗教法庭把伽利略传到,并宣判他有罪,并责令他忏悔,放弃自己了的学说,禁止《对话》流传。1633年被判处终生监禁,指定居住于佛罗伦萨效区[3]。他在生命的最后几年里仍努力研究。1634年写成一本力学著作——《关于两门新科学的谈话和数学证明》。无论在动力学、梁的弯曲或者是天文学的研究中,伽利略十分重视和实验的作用。他又善于在观测结果的基础上提出,运用进行,看是否符合于实验或观察结果。如在的实验中,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。他运用数学中的性质,得出下落距离和时间成平方关系。值得注意的是,他对理论也很。尽管抛物线的性质早在那里已有了解,现存的伽利略手稿表明,他把抛物线的又从头推算了一遍。
实验和观测要,就离不开。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、、温度计、摆式脉搏计等。
从伽利略开始的中,首先在力学的研究中,被放到重要的地位。从伽利略开始的实验科学,是的开始[3]。伽利略的主要著作有:《关于两大世界体系的对话》(1632)和《关于两门新科学的对话》(1638)。伽利略一生坚持与教会的作斗争,主张用的实验来认识,认为实验是理论知识的源泉。他不承认世界上有和掌握的绝对权威,反对迷信盲从。他承认物质的、和的无限性,这些观点对具有重要的意义。但由于历史的局限性,他强调只有可归纳为数量特征的物质属性才是的[5]。伽利略因为支持日心说受到监禁后,“放弃”了日心说。他说,“考虑到种种阻碍,最短的不一定是”,这一观点非常具有。正是因为有这样的思想,暂时的放弃换得永远的支持,没有遭到布鲁诺的命运,却可以为科学继续贡献力量。伽利略认为经验是知识的唯一源泉,深信之书是用写的,只有能归结为数量特征的、大小和速度才是物体的客观。伽利略对17世纪的的发展起了重大作用[6],改变了对和的认识。为了证实和传播哥白尼的日心说,伽利略献出了毕生精力。由此受到教会迫害,并被终身监禁。他开创了以实验事实为根据并具有严密的。
伽利略的,不仅在上而且在整个上都占有极其重要的地位。他不仅纠正了统治欧洲近两千年的亚里士多德的错误观点,更创立了研究自然科学的新方法。伽利略在总结自己的科学研究方法时说过,“这是第一次为新的方法打开了大门,这种将带来大量奇妙成果的新方法,在未来的年代里,会博得许多人的重视。” 后来,继续了伽利略的研究工作,他导出了单摆的周期公式和的数学表达式。牛顿在系统地总结了伽利略、惠更斯等人的工作后,得到了和牛顿运动三定律。伽利略留给后人的精神财富是宝贵的。爱因斯坦曾这样评价:“伽利略的发现,以及他所用的科学推理方法,是人类思想史上最伟大的成就之一,而且标志着的真正的开端!”
伽利略主要有《》《关于太阳黑子的书信》《》《关于两门新科学的谈话和数学证明》和《试验者》。伽利略、开普勒与潮汐理论。贝拉明1615年发表声明,称哥白尼学说不成立,除非“有物理证据证明太阳不是围绕地球,而是地球围绕着太阳运行”。伽利略认为他的足可证明。这个理论十分重要,以至于他最开始将著作命名为《关于海洋潮汐与流动的两大世界体系的对话》。关于的字眼最终因为宗教法庭的指令而被删除。
伽利略认为,由于地球围绕并围绕太阳,导致地球表面运动的加速减速引发海水潮汐式前后涌动。1616年,他将第一份有关潮汐的整理出来,交给了红衣主教。他的理论第一次涉及了海底的形状尺度,以及潮汐的等。例如,他正确地推算出亚德里亚海中途的波浪相对于到达海岸的最后一波来说可以忽略不计。但是,从潮汐形成的总体角度来看,伽利略的理论并不成立。
如果理论成立了,那么每天只能出现一次。伽利略与他的同事们注意到该理论的不足之处,因为在威尼斯每天会涨潮两次,时间间隔为12小时。伽利略认为这种反常现象不过是因为海洋形状,深度及其它的问题导致的,不值得一提。对于他这种观点是不靠谱的,爱因斯坦则表示伽利略只是急于给出的物理证明,出了这种“引人入胜的观点”并自己全盘接受了。伽利略否定了当时的观点,即导致潮汐运动,而后者的观点袭承了托勒密法之书中占星传统。他也拒接接受开普勒关于沿运行的观点,认为才是“完美”的。
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