伽利略的成长背景和科学成就

伽利略是意大利著名的物理学家、天文学家、工程师、发明家，是哥白尼—牛顿科学革命时期的最大贡献者之一，开创了望远镜天文学。他和当时处于统治地位的罗马天主教廷之间的冲突，即“伽利略审判”是科学与宗教冲突的著名案例。

伽利略时代的意大利，还仅仅是个地理名词，内部由罗马教皇国、威尼斯共和国、托斯卡纳大公国、西西里王国等大大小小的城邦国家组成，外部则受到法国、神圣罗马帝国等势力的干涉。地中海的商业传统、政治上的分裂却为文化和思想的繁荣提供了空间，西西里王国就是希腊哲学经阿拉伯向欧洲传播的重要中转站。1453年，东方的拜占庭帝国君士坦丁堡陷落于奥斯曼土耳其之手，希腊学者携带古希腊典籍文物逃亡意大利，为文艺复兴注入了新的能量。

1564年，伽利略出生的那一年，“文艺复兴三杰”里最后一位、艺术家米开朗琪罗去世。此时距离哥白尼临终前出版《天体运行论》（1543年）已经有了二十年，从德国神学家马丁·路德贴出《九十五条论纲》开启宗教改革（1517年），反对教皇，成立基督新教已经近五十年了。为了反对北方新教运动，保卫教皇，西班牙贵族圣依纳爵·罗耀拉三十年前在巴黎大学成立了耶稣会（1534年），这是一个以高级知识分子为主的天主教修会，有许多欧洲重要学者属于这个组织。

因此，从更广阔的历史背景来看，这是一个新旧交替的时代。文艺复兴运动已经接近尾声，科学革命已经悄悄地开始。从11世纪开始，拉丁欧洲的学者们在战争与和平交替的状态下，与阿拉伯学者们合作，逐渐把许多哲学和科学著作翻译成了拉丁文，而这些著作大多数是一千多年以前古希腊哲学家们的作品，部分是阿拉伯学者们的作品。拉丁欧洲的学者们和罗马天主教的修士们（二者有很大部分是重合的）以宽容的姿态接纳了这些哲学和科学作品，并由此形成中世纪的经院哲学，即以古希腊哲学形式重新组织的基督教神学体系。在神学的允许和保护下，拉丁欧洲学者们开始对古希腊文化长达数百年的学习和研究过程。

伽利略的成长和学术生涯，无时无刻不受到这些历史传统的影响，他的可贵之处，是没有被这些历史传统局限，在学习“继承”古代文化遗产的同时，自觉地开始“叛逆”革新。伽利略不是一位完美的现代科学家，但他对希腊哲学和科学的“继承”与“叛逆”，使他成为承上启下不可或缺的科学巨匠。

伽利略出生于意大利托斯卡纳大公国统治下的比萨城（这里有著名的比萨斜塔），他的父亲是一位小有名气的音乐家，喜欢动手，也喜欢钻研作曲理论，这些本领都遗传给了伽利略。就像当时的许多孩子一样，伽利略曾经在修道院学习知识，并一度动起弃俗加入修会的念头，但他的父亲坚持要他到比萨大学学医。

伽利略在1581年进入比萨大学之后，很快表现出了对科学的兴趣和发现科学新规律的才能。1583年，他注意到了教堂吊灯摆动时，用脉搏计时，发现摆动周期与摆动幅度无关。接下来他在家里设计了两个等长的摆，摆锤重量大小不同，摆动周期却是一样的。由此他发现了摆的等时性（只与摆的长度有关），这时他才19岁。差不多一个世纪后，哲学家惠更斯根据这个原理设计了摆钟。

1586年，伽利略根据静液压原理设计了一种称量小体积和质量物体的天平，可用于称量贵金属，写成了论文《小天平》；1588年他又证明了有关某些固体重心的一些定理，写成了论文《固体的重心》。他用这两篇文章，敲开了科学界的大门。这些研究和伽利略后来在机械发明与创造方面，显示了古希腊阿基米德机械传统的影响。但与阿基米德和古希腊哲学家对功利的鄙夷不同，作为家里的长子，伽利略很快就要负担起妹妹们的嫁妆，给弟弟们补贴的生活费用，从而注重有商业应用价值的研究，比如水泵、温度计、火炮瞄准器等，这也迎合了意大利商业航海和军事的需求。

1589年，在耶稣会数学家克里斯托弗·克拉维乌斯帮助下，伽利略获得了比萨大学的教学职位。在比萨大学期间，虽然伽利略向学生们讲授的是以亚里士多德物理学为主的理论，并在很长时间里相信这些理论，但他也开始质疑和批评亚里士多德的某些观点，首先就是关于物体下落，即自由落体的研究。

虽然伽利略出生在比萨，第一份教授职位在比萨大学，但他并没有做过著名的“比萨斜塔自由落体实验”，那可能只是他晚年一位学生兼第一位传记作者维维安不恰当的记述。伽利略是通过“思想实验”完成了这项研究。何谓“思想实验”呢？就是不需要进行实际的实验（实际条件可能达不到要求），凭借前提条件和逻辑推理来推测发展过程，得到某种证明。古希腊哲学家亚里士多德凭感觉和经验曾认为重的物体比轻的物体下落要更快。伽利略提出，姑且认为这种说法是对的，假如把一重一轻两个物体拴在一起，那么势必重的（快的）要被轻的（慢的）拖慢，而轻的要被重的拖快，也就是会得到某种折中的速度；可是，两个物体拴在一起，又可视为一个新的物体，总重量比原来两个都重，应该速度变得更快（比单个重物更快）。对于同一种状况，竟然可以得出两种显然是矛盾的结果，可以证明其前提是不成立的。就这样，伽利略通过亚里士多德最擅长的逻辑分析否定了亚里士多德的论断，得出自由落体下落与物体本身的重量是没有关系的，快慢程度是一样的结论（牛顿会告诉我们，其瞬时速度由重力加速度和时间决定）。这项研究于1591年写成了《论运动》一文。由于在文章中，他挑战性地批评了亚里士多德，这让他没有获得比萨大学的续约。这或许也预示了未来他与亚里士多德主义者（视亚里士多德哲学和科学观点神圣不可置疑的人）必将发生的冲突。

1592年伽利略在威尼斯的帕多瓦大学找到了新职位，教授几何、力学和天文学。对伽利略的家庭和学术研究来说，这是很重要的。因为他的父亲于1591年去世，他开始负担起家庭的重担。更幸运的是，威尼斯共和国不归罗马天主教会管辖，在这里他可以自由地进行学术研究，包括讨论革命性哥白尼日心说；如果是在教会统治下的其他城邦，就像过去和未来将要证明的那样，他会遇到很大的阻力和反对声音。

简单总结一下，在我们的中学物理教材里面，实际上有许多必考知识就是伽利略贡献的，比如单摆、自由落体、斜坡上小车或木块的匀加速运动、速度的叠加变换（伽利略变换）。希望中学生朋友们不要因此讨厌他。伽利略是现代科学的奠基人之一。