伽利略·伽利莱

伽利略·伽利莱（意大利语：Galileo Galilei ；1564年2月15日—1642年1月8日），意大利物理学家、数学家、天文学家及哲学家，科学革命中的重要人物。伽利略被誉为“现代观测天文学之父”、“现代物理学之父”、科学方法之父及“现代科学之父”。

伽利略曾研究速率与速度、引力与自由落体、相对性原理、惯性与抛体运动，并在应用科学与技术领域有所建树，描述钟摆特性与流体静力平衡。他亦是最早发展热成像仪的学者之一，并发明多种军用比例规与测量仪器。透过自行改良的望远镜，伽利略观测到银河系中的繁星、金星相位、木星最大的四颗卫星、土星环、月球陨石坑与太阳黑子等现象；此外，他亦制造出早期形式的显微镜。

伽利略对哥白尼日心说的支持，招致天主教会内部及部分天文学家的反对。1615年，罗马宗教裁判所开始调查此事，并认定其观点与当时被接受的《圣经》诠释相抵触。

其后，伽利略于《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》（1632年）中再次为自身观点辩护。该书被认为带有质疑乃至讽刺教宗乌尔巴诺八世之意，致使原本大力支持他的教宗与耶稣会皆转而疏远。最终，伽利略遭宗教裁判所审判，被裁定为“强烈涉嫌异端”，并被迫公开放弃自身主张。此后余生皆处于软禁之中。软禁期间，他完成《关于两门新科学的对话》（1638年）一书，内容主要涉及运动学与材料力学。

生平

早年

伽利略生于意大利比萨（当时为佛罗伦萨公爵领地）。是温琴佐·伽利莱与朱莉亚·阿曼娜蒂六个儿子中的长子。温琴佐是个著名的鲁特琴手、作曲家和乐理学者。伽利略自己是个灵巧的鲁特琴手，并继承了其父对现有权威的怀疑态度、对精湛谨慎的、量化实验的价值取向、对时间或韵律的周期或是音乐性的欣赏，以及对数学与实验联姻的期望与启迪。伽利略五个兄弟中的三个长大成人，最小的是米凯兰杰洛成为了著名的鲁特琴手、作曲家。

伽利略是根据一个家庭先祖伽利略·博尼图来命名的。博尼图是位佛罗伦萨医生、大学教授、政治家；在14世纪末期，家族姓氏从博尼图改为伽利莱。伽利略·博尼图被葬在佛罗伦萨圣十字大殿，200年后这位著名后裔伽利略·伽利莱在此与先祖一同长眠。当伽利略·伽利莱8岁时，他的家庭搬回了佛罗伦萨，但是他在杰卡布·博洛尼那里寄养了两年。之后，他在离佛罗伦萨东南35公里的瓦隆布罗萨的卡马多莱斯修道院里学习。

虽然伽利略是位虔诚的天主教基督徒，但是他与马丽娜·甘巴以非婚生的方式，育有三个孩子。他们在1600年生下了长女弗吉尼亚（Virginia Galilei, 1600年8月12日 - 1634年4月2日），1601年生下了次女利维亚（Livia, 1601年 - 1659年），1606年生下了长子温琴佐（Vincenzo, 1606年 - 1649年）。由于他们是非婚生子女，所以伽利略觉得女儿们嫁不出去。在当时，这只能由高额的嫁妆来弥补，而伽利略的两个妹妹在这个问题上都带给了他不小的麻烦。两个女儿的出路就是出家。两个女儿在阿切特里的圣·马泰奥门下修道，并在其门下度过余生。弗吉尼亚的修女名字是玛利亚·塞莱斯特。她于1634年4月2日去世，与伽利略同葬在佛罗伦萨圣十字大殿。利维亚的名字是阿尔汉格尔斯克，终生疾病缠身。温琴佐最终成为伽利略合法的继承人，后与埃斯特拉·波什尼日尔结婚。

求学

伽利略笃信基督，在年少时曾经严肃地考虑过是否要剃发成为修士，但他父亲坚持他去比萨大学学医。在1581年学医时，他注意到了摇摆的吊灯，吊灯在风的推动下划出大小不一的轨迹。与自己脉搏做出对比后，伽利略发现不论吊灯摇摆的距离如何，他们的周期时长都是相同的。回家后，他架起了两个长度相同的摆，将其中一个摆晃动大一些，另一个小一些，结果发现他们的时长的确相同。

此后，伽利略无意中旁听了学校的几何课，随后向他父亲要求准许他改修数学与自然哲学，后者答应了他。

伽利略设计了一个温度测量器（温度计的前身），并于1586年出版了小册子，上面记录了他设计发明的液压秤，这使他得到了学术界的关注。伽利略也研究了美术中的素描，并于1588年在佛罗伦萨的素描美术学院担任讲师，主讲透视法和明暗搭配。受到佛罗伦萨城市艺术气息与文艺复兴运动的启迪，伽利略获得的审美细胞。在他还是学院年轻讲师的时候，他与佛伦丁画家西格里建立了长达一生之久的友谊，后者在他的绘画中描述了伽利略观察月球的场景。

1589年，伽利略被任命为比萨大学的数学主任。1591年他父亲去世，小弟弟迈克安格诺鲁托付给他照看。1592年到1610年间，伽利略在帕多瓦大学执教几何、机械和天文。在这段期间内，伽利略在基础性纯科学（如运动学和天文学）与应用科学（如材料力学、望远镜改良）上都有重大突破。他也有许多其他兴趣爱好，如研究占星术，这在当时是数学与天文学的交叉学科。

去世

伽利略的来访者源源不断，直到1642年为止。1642年1月8日［儒略历1641年12月29日］伽利略在经历高烧与心悸后死去，享寿77岁。托斯卡纳大公 斐迪南二世（麦地奇家族成员之一）希望把他葬在佛罗伦萨圣十字大殿，挨着他的父亲及其他先祖们，并为他树立一座大理石纪念陵墓。由于伽利略的“有强烈异端嫌疑”之判决，使得此举遭到教宗乌尔班八世和他的侄子佛朗西斯·巴贝日尼枢机的抗议，该计划被否决。因此，他被葬在初学生礼拜堂隔壁的小屋旁，它位于主堂南翼与圣物储藏室之间的走廊末端。1737年，伽利略的纪念碑被重新树立，他的遗体被改葬在圣殿。在改葬时，遗体中的三根手指和一颗牙齿被取了出来。目前，他右手中指被陈列在意大利佛罗伦萨的伽利略博物馆中。

成果

直接成果

伽利略的研究结果对牛顿提出、完善牛顿运动定律中的第一、第二定律有一定的启示。伽利略非常重视数学在应用科学方法上的重要性，特别是实物与几何图形符合程度有多大的问题。

伽利略认为选择得当的数学证明可以用来探索任何牵涉到定量性的问题。伽利略为自己提出的第一套力学问题，是那些牵涉到尺度效果的问题。在考察尺度效果时，伽利略研究了物质的数量，即后来称质量的物理量，后来又以同样方式探索了牵涉到时间测量和速度测量的运动学问题。伽利略所研究的中心问题就是仅在重力影响下的落体运动问题，推翻了亚里士多德关于不同重量的物体下落速度不同的论点。

根据亚里士多德的物理学，力的持久作用是保持物体匀速运动的原因。但是伽利略的实验结果证明：物体在引力的持久影响下并不以匀速运动，而是每次经过一定时间之后，在速度上有所增加。物体在任何一点上都继续保有其速度并且被引力加剧。如果没有了引力，物体将仍旧以它在那一点上所获得的速度继续运动下去，这就是惯性原理。这个原理阐明物体只要不受到外力的作用，就会保持其原来的静止状态或匀速运动状态不变。伽利略在研究运动学时研究过物体的匀加速运动，这个课题在今天几乎所有高中及大学的入门物理学程中都是必教的。他对观测天文学的贡献包括运用望远镜确认金星的盈亏，发现木星最大的四个卫星（以他命名为伽利略卫星）以及观测并分析太阳黑子。伽利略也曾研究过应用科学及科技，并改进了圆规的设计。

从惯性原理，伽利略发展了抛射体的飞行轨迹理论，从而表明数学证明在科学上的价值。他考察了一个球以匀速滚过桌面，再从桌边沿一根曲线轨道落到地板上的动作。在这条坠落轨道上的任何一点，球都具有两种速度：一个是沿水平面的速度，根据惯性原理始终保持匀速，另一个是垂直的速度，受引力的影响而随着时间加快。在水平方向，球在同等时间内越过同等距离，但是在垂直的方向，球越过的距离则和时间的平方成正比。这样的关系决定球走出的轨迹形式，即一种抛物线，因此，一个物体以四十五度角抛出时，距离将最远。

对现代科学的影响

史蒂文·霍金认为，伽利略对现代科学诞生的贡献，“比其他人都多”；阿尔伯特·爱因斯坦称他为“现代科学之父”。

伽利略在天文学的发现和对尼古拉·哥白尼学说的研究已经传给世界一笔永存的遗产，这笔遗产包括伽利略发现并归类的木星四戴维星，合称伽利略卫星。

伽利略号探测器以伽利略命名，它是第一个围绕木星公转的太空飞行器。欧盟建造中的卫星定位系统﹕伽利略定位系统以伽利略命名。

在古典力学里惯性系统（惯性参考系）之间的坐标转换称为伽利略变换。伽，有时称为{伽利略}，虽不是国际单位制的单位，却是一个加速度单位，常用于重力场的测定。

因为2009年是伽利略第一个有记载使用望远镜作天文观测的第四百年，联合国订此年为全球天文年。

2011年8月5日发射的无人太空探测船朱诺号带有一块2吋长2.8吋宽的铝质纪念牌﹐上面镌刻有伽利略的自画像﹐以及他在1610年发现木星卫星的亲笔观测记录。同一艘太空探测船上并带有三个乐高积木人像，其中一个是伽利略，剩下两个分别是古罗马神话的朱庇特（木星名字的来由）及他的夫人朱诺（朱诺号名字的来由）。

科学研究方式

伽利略在通过实验和数学方式研究运动学做出了最初的创新。当时更多的科学研究方法是威廉·吉尔伯特的对电磁的量化研究。伽利略的父亲，鲁特琴手、乐理专家温琴佐·伽利莱，可能进行了最古老的非线性物理实验，并有结果：就伸展的弦来说，音高与张力的乘方成比例。这些观察结果处在毕达哥拉斯音乐传统的结构框架内，被乐器制造工人广为知晓，包括将弦以整数相除能得到一个和谐音阶。因此，数学的一部分总是与音乐和物理科学有联系，年轻时代的伽利略可以从他父亲的观测中拓展这种传统。

伽利略是当时思想家中明确宣称自然规律是数学性的。在《试金者》中，他写道：“哲学写在这本伟大的著作中，这宇宙中...它是用数学作为语言写成的，他的特性是三角、圆和其它几何形状;..."他的数学分析跟进一步发展了后期自然哲学学者的传统，这是伽利略在他学习哲学时做的。他养成了一个奇特的能力，就是无视权威，特别是亚里士多德学派的权威。在更广义上，他的作品更进一步推动了科学从哲学与宗教中分离出来；这是人类思想的一大进步。他常常愿意根据自己的观察来改变想法。为了进行试验，伽利略为长度与时间制定标准，以便在不同时间和不同实验室所做的工作可以复制。这为数学归纳法提供了坚实基础。

伽利略展示了数学、理论物理、试验物理之间奇妙的关系。他理解抛物线，无论是作为一种圆锥曲线，还是纵坐标（y）与横坐标（x）之间的乘方关系。伽利略进一步认为抛物线是匀加速抛体在没有摩擦和其它干扰情况下的理论上完美的轨道。同时，他承认自己的理论有局限性，因为从理论角度来看地球大小的弹道轨道不大可能呈抛物线形状；但他仍旧坚持从当时的迫击来看，炮弹轨道与抛物线相比差不到哪里去。

争议

伽利略、开普勒与潮汐理论

枢机罗伯·白敏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”。伽利略认为他的潮汐理论足可证明地球运动。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》。关于潮汐的字眼最终因为宗教法庭的指令而被删除。

伽利略认为，由于地球围绕轴心自转并围绕太阳公转，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文献整理出来，交给了红衣主教奥斯尼。他的理论第一次涉及了海底大陆架的形状尺度，以及潮汐的时刻等。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涨潮。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可信赖的论断，阿尔伯特·爱因斯坦则表示伽利略只是急于给出地球运动的物理证明，构造出了这种“引人入胜的观点”并自己全盘接受了。伽利略否定了当时约翰内斯·开普勒的观点，即月球导致潮汐运动，而后者的观点袭承了托勒密法之书中占星传统。他也拒绝接受开普勒关于行星沿椭圆轨道运行的观点，认为圆形轨道才是“完美”的。

就彗星与《试金者》的争议

1619年，伽利略与罗马耶稣会大学数学教授贺拉斯·格拉西神父发生争执。争执的开始时就彗星性质的辩论，但是当伽利略发表《试金者》时，争议已经升级为就科学自身性质的辩论。《试金者》中包含了伽利略关于如何研究科学的大量思想，这可以说是他的科学宣言。1619年早期，格拉西神父匿名发布了一本小册子《关于1619年三颗彗星的天文论述》，讨论了去年11月份出现的彗星的性质。格拉西断言彗星是个炽热的天体，离地球以固定距离沿着圆形轨迹运动，因为它在天上运行速度比月亮慢，所以它必定离月亮远。

格拉西的论述与结论被之后的小册子《论彗星》批驳。虽然这份小册子基本上是伽利略自己写的，但署名作者是伽利略的一个学生：佛伦丁律师马里奥·古迪西。伽利略与古迪西在册子中并没有给出他们所确定的彗星本质，而是给出了一些暂时性的推测。这些推测从今天看来并不成立。伽利略和古迪西的《论彗星》中包含了对耶稣会克里斯托佛·什车尼的无故攻击，对罗马大学教授的不敬之词遍布全书。耶稣会被羞辱了，格拉西立即回敬了他自己的论点《天文学与哲学的平衡》，以笔名鲁西轮·撒西欧·西格萨诺发表。这个笔名可能来自他的一个学生。

《试金者》是伽利略对《天文学与哲学的平衡》的竭力反驳，并被认为是辩论文献中的经典。书中对“撒西欧”的主张进行了无情的嘲讽，获得了广泛赞许。新任教宗乌尔班八世对此尤为感兴趣，因为该书是致给他的。伽利略与格拉西的辩论离间了他与耶稣会之间的关系，后者曾经同情他的观点，而伽利略和他的朋友确信是耶稣会导致了他日后的不幸。目前的证据对此模棱两可。

地心说争议

《圣经》在《圣咏集》93:1、96:10，以及《编年纪上》16:30记录着“ 大地在他面前应该战栗，是他使世界坚立，不致动摇”。在《圣咏集》104:5以同样的方式写着“你奠定大地于基础之上，你使大地永远不再动荡”。更多地，在《训道篇》1:5中记录着太阳升起，太阳落下，匆匆赶回原处，从新再升。”等等。

和意大利哲学家焦尔达诺·布鲁诺一样，伽利略捍卫日心说，进而宣称它与经文并不冲突。他采取奥古斯丁的解经立场，即不能将所有篇章予以字面解释，特别是在诗篇和歌颂上，不是对现实的描述或历史问题上。他相信经文作者仅仅是从地理角度来观察世界，从这点来看太阳的确升起落下。另一种解释是作者从一种现象的角度来记录，或是这只是一种写作风格。因此，伽利略认为科学与经文没有冲突，只是经文仅仅讨论了一种不同的地球“运动”，而非自转。