無傳奇，不足以服後人——記近代科學之父：伽利略
古希臘文明時期最博學的人，亞里士多德亦可謂是一位百科全書式的人物，他的著作涵蓋了當時已知的學術的方方面面包括他自己的學說、他的思想曾統治過地球另一塊大陸的整個歐洲並且深遠影響至今。活力鼎盛時期的亞里士多德創辦了呂克昂學園，由他開創的學派被後人稱為“逍遙學派”，顧名思義，可想而知整個學園的教學氛圍就是“瀟灑”，授學者想必洋洋灑灑、受學者亦是瀟瀟樂樂。
本文由 ［遇見數學創作小組］ 作者： JOSHAWA —— 沉迷於物理的一介布衣，夢想著普及點小知識。
古希臘文明時期最博學的人，亞里士多德亦可謂是一位百科全書式的人物，他的著作涵蓋了當時已知的學術的方方面面包括他自己的學說、他的思想曾統治過地球另一塊大陸的整個歐洲並且深遠影響至今。活力鼎盛時期的亞里士多德創辦了呂克昂學園，由他開創的學派被後人稱為“逍遙學派”，顧名思義，可想而知整個學園的教學氛圍就是“瀟灑”，授學者想必洋洋灑灑、受學者亦是瀟瀟樂樂。
在亞里士多德以前，人們看待事物的方法僅是主觀的臆判，他的老師柏拉圖——還有他的師公蘇格拉底，他們祖孫三代並稱為“希臘三賢”，他們的思想體系和著述可以說是代表了古希臘學術的最高成就。柏拉圖就認為：存在一個抽象的東西叫做理念，而且理念呢是永恆的，（自然界）其他的能夠看得見的摸得著的，萬事萬物全部都是理念的影子，按我們現在的觀點，柏拉圖這是唯心主義的先驅思想。而亞里士多德卻完全把老師的學說給顛倒了個個來理論，認為但凡是我們看不見的東西都不應該認為它是存在的，所以真正存在的是這些（看得見摸得著）實在的東西，他主張對事物的理解必須觀察才能下結論，這倒好，由於認知侷限，觀察得不夠仔細，也下了錯誤的結論，比如說用力扔一塊石頭出去，慢慢石頭就停止運動了，得出的結論是力是維持物體運動的原因、自由墜落的物體重的會比輕的下落的快。
在長達上千年的歷史裡，亞里士多德的學說根深蒂固地禁錮著人們思想，並且在文藝復興以前，科學還隱含在哲學裡，人們對自然的研究只處於思想層面，只有定性的理論，而真正的科學始於伽利略。
▌兩個著名的思想實驗
到了伽利略時代，他認為對事物的理解不僅要觀察，還得實驗並且精確測量，並且聲稱“實驗是檢驗真理的唯一標準”。針對亞力士多德的斷言，他首先做了兩個思想實驗：
設想一個豎直放置的V字形光滑導軌，一個小球可以在上面無摩擦的滾動。讓小球從左端往下滾動，小球將滾到右邊的同樣高度。如果降低右側導軌的斜率，小球仍然將滾動到同樣高度，此時小球在水平方向上將滾得更遠。如果斜率越小，那麼小球為了滾到相同高度就必須滾得越遠。再設想右側導軌斜率不斷降低以至於降為水平，則根據前面的經驗，如果無摩擦力阻礙的話，小球將會一直滾動下去，也就保持勻速直線運動。
這就是所謂的慣性定律，所描述的規律被後來的偉大的大物理學家牛頓歸納到那部傳世之作《自然哲學的數學原理》一書中，成為牛頓三大力學定律之一的第一定律。
如亞里士多德所言，自由落體運動中，越重的物體下落越快，而越輕的物體下落越慢。那麼，設想把一重一輕兩個小球綁在一起下落，由於重的落得快而輕的落得慢，輕球會拖拽住重球給它一個阻力讓它減速，因此兩個球的下落速度應該會介於重球和輕球下落速度之間；但設想把兩個球看成是一個整體，那麼總重量大於重球，它應當下落得比重球單獨下落時更快，於是這兩個推論之間自相矛盾，從而亞里士多德的論斷是錯誤的，兩個小球必須同時落地，這就是自由落體運動定律。
兩個小球同時落地就已經不僅是一個物理上成立的自由落體運動定律，而且在邏輯上也必然如此。後來，愛因斯坦還有一個偉大的思想實驗“等效原理”——慣性質量等於引力質量，但兩者是兩個精確相等的可區分的物理量，這個思想實驗在邏輯上的必然成立直接導致廣義相對論的誕生。
有了上述的思想實驗信條，伽利略開始著手實驗，在斜面上進行球體滾動實驗並且精確測量，當斜面放水平，於是推導總結出慣性原理；當斜面放豎直，不管球體或大或小，測量到的下落的加速度是一樣的，從而又總結出自由落體運動定律。
關於自由落體的實驗不得不提的是位於義大利的比薩斜塔實驗，可是根據義大利的科學史工作者研究得出的結論是：可能有人在比薩斜塔做過自由落體實驗，但這人肯定不是伽利略；伽利略也許做過高空自由落體實驗，但肯定不是在比薩斜塔，也就是說這一事件的故事成分居多，極有可能的是伽利略的支持者和反對者做過，最後兩邊也不知其所以然而大打出手，幹了起來。
其實伽利略所做的自由落體運動實驗還是在斜面上，他說斜面的自由落體是“減緩了的”或“沖淡了的”運動，這其實是用實際行動證明了遙遠的東方的兩個形象成語：一個叫“一石二鳥”，另一個叫“一舉兩得”。
▌望遠天文時代
一個荷蘭人發現把凸透鏡和凹透鏡組合起來，可以清晰地看到更遠的景物，伽利略的朋友把這玩意兒介紹給他之後，他就在想，既然能看清遠處的景物，那我看看天上都有什麼呢？於是他一番加工後就成了望遠鏡，往天上一看便開啟了一個全新的望遠天文時代。這不看不知道，一看嚇一跳。他看到了太陽上有黑子；看到了月亮上有環形山，根據教會的宣傳，當時人們都認為太陽和月亮是非常聖潔的天體，覺得太陽怎麼會有黑點呢？月亮怎麼會凹凸不平呢？或者是認為伽利略的望遠鏡有問題，並且責怪他怎麼能偷看上帝的秘密呢？後來經過仔細的觀測，他還看到了木星有四顆衛星像月亮圍繞地球運轉一樣繞著木星運轉，後來這四顆衛星都以伽利略的名字命名。
再後來他還看到了土星的光環……
總之，現代的望遠天文學是建立在伽利略發明望遠鏡的基礎之上的。
▌相對性原理
伽利略在他的兩部著作《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》和《兩門新科學》裡都有闡述過相對性原理，相對性原理是力學的基本原理，它描述的慣性參考系的概念，為牛頓提出第一，第二定律奠定了基礎；被愛因斯坦稱為伽利略相對性原理，也是狹義相對論的先導。
▌數學是自然科學的語言
對於自然科學的研究，伽利略倡導數學與實驗相結合的方法，並且他也曾說過：自然這本書是用數學語言寫成的，這種研究方法是他在科學上取得偉大成就的源泉，也是他對近代科學的最重要貢獻。是他使得物理學成為了一門實驗的科學、測量的科學，經典物理學的大廈就是建立在他的思想和研究基礎之上的。
▌傳奇的人生和悲催的結局
伽利略發現木星有四顆衛星後，認為木星系統就是一個小的太陽系，他覺得哥白尼的日心說是對的，於是他千方百計地想著怎麼去宣傳日心說，然而當時的日心說被當權教會認定為異端邪說，於是他的朋友們都奉勸他可千萬別這麼幹，因為在他之前的布魯諾宣揚日心說被教會審判活活給燒死了，他只能壓抑住自己內心的思想，直到有一天出現了轉機，他的一個朋友當上了教會的教皇，他一想這下可行了，於是他大肆的去宣揚日心說，最後他倒黴了，他那個教皇朋友也救不了他。他的言行觸犯了教會教條，年近70時被他的朋友送入了教會受審，伽利略徹底的服認了自己的罪行，並且承諾一、不再宣揚異端邪說；二、一旦有人宣揚就檢舉，可是地球還是在轉動啊……
伽利略作為近代科學之父，身處近代科學族譜的最高位，註定了他身上可圈可點可讀的東西很多很多。而能讓伽利略成為近代科學之父的，是他在那個時代所造就的不同凡響的哲學思想和科學思想。
本文的部分資料參考維基百科，圖片來自網路
