淺析伽利略科學(xué)思想的研究
1 伽利略的生平
伽利略，1564年2月15日出生于意大利比薩一個(gè)沒(méi)落的貴族家庭。12歲時(shí)，進(jìn)入佛羅倫薩附近的修道院學(xué)校——圣馬利亞學(xué)院，接受古典教育。伽利略后來(lái)有三個(gè)孩子，一個(gè)兒子和兩個(gè)女兒。
伽利略的父親希望伽利略將來(lái)能成為一名醫(yī)生，因?yàn)楫?dāng)時(shí)一名醫(yī)生的工資是一名數(shù)學(xué)家工資的30倍。1581年，快滿18歲的伽利略考入比薩大學(xué)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)。但在1585年他還是放棄了醫(yī)學(xué)的學(xué)習(xí)而致力于數(shù)學(xué)和力學(xué)的研究，1589—1592年，伽利略擔(dān)任比薩大學(xué)的數(shù)學(xué)教授。
1592—1610年，伽利略擔(dān)任帕多瓦大學(xué)的教授。照他晚年寫(xiě)給一位友人的信中的說(shuō)法，這是他一生中最美好的時(shí)期。正是在那里他制造了望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡和空氣溫度計(jì)，他還發(fā)明了一種叫作比例規(guī)的儀器。他用望遠(yuǎn)鏡做了重要的天文觀測(cè)，完成了自由落體、拋射體和斜面的實(shí)驗(yàn)研究?？梢哉f(shuō)伽利略在力學(xué)上的大多數(shù)發(fā)現(xiàn)都是在帕多瓦成熟的。但是，這期間伽利略發(fā)表的文章很少。
伽利略十分重視對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究。他反對(duì)把運(yùn)動(dòng)分為自然運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)的分類研究方法，明確提出了加速度的概念、提出了勻速運(yùn)動(dòng)和變速運(yùn)動(dòng)的新的分類方法，從而使運(yùn)動(dòng)理論的研究取得了重大進(jìn)展。對(duì)自由落體的研究是伽利略最富有創(chuàng)造性的成就，他有十分精彩的斜面實(shí)驗(yàn)、“船艙”實(shí)驗(yàn)等。
伽利略是第一位利用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)天體并取得大量成果的科學(xué)家。他根據(jù)天文觀測(cè)勇敢地宣講哥白尼學(xué)說(shuō)，因此，在1616年他被傳喚到羅馬的宗教裁判所，地動(dòng)學(xué)說(shuō)受到宗教裁判所的譴責(zé)，教皇下達(dá)了“1616年禁令”，禁止他以口頭的或文字的形式傳授或捍衛(wèi)日心說(shuō)。但最終他還是違反了1616年的禁令，在1632年出版了轟動(dòng)整個(gè)學(xué)術(shù)和思想界的《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》(以下簡(jiǎn)稱《對(duì)話》)。這招致了他第二次受審。這位70歲的老人被迫當(dāng)眾跪著表示“公開(kāi)放棄、詛咒和痛恨地動(dòng)說(shuō)的錯(cuò)誤和異端”，同時(shí)，因此他被判終身監(jiān)禁。
被判終身監(jiān)禁后，他將他最成熟的科學(xué)思想和研究成果撰寫(xiě)成了另一篇科學(xué)杰作《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》(以下簡(jiǎn)稱《兩門新科學(xué)》)，并在1638年在荷蘭萊頓出版，就在這一年伽利略雙目失明。1642年1月8日，伽利略這位杰出的科學(xué)家在阿塞特里逝世，終年78歲。他的葬儀草率簡(jiǎn)陋，直到下一世紀(jì)，遺骨才遷到家鄉(xiāng)的大教堂。
2 伽利略的天文觀測(cè)和天文研究
1609年夏伽利略聽(tīng)說(shuō)荷蘭人發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡，他馬上利用他光學(xué)的知識(shí)和靈巧的雙手，親手制造出了望遠(yuǎn)鏡，后來(lái)伽利略又下功夫改進(jìn)，把放大率提高到32倍。這種望遠(yuǎn)鏡由一塊凸透鏡作為物鏡、一塊凹透鏡作為目鏡來(lái)組成，現(xiàn)在被我們稱作為伽利略望遠(yuǎn)鏡。到1910年初，伽利略一共制造了一百多臺(tái)這樣的望遠(yuǎn)鏡，分送給當(dāng)時(shí)意大利、法國(guó)、德國(guó)等國(guó)的王公和有名的學(xué)者，在歐洲引起了轟動(dòng)。
1609年底伽利略把他親手制作的望遠(yuǎn)鏡首次指向天空的時(shí)候，就注定了這是一次革命性的事件了。他發(fā)現(xiàn)了一系列新奇的天文現(xiàn)象：銀河有眾星構(gòu)成;木星周圍有衛(wèi)星;月亮有高聳的山峰;太陽(yáng)表面有黑子;金星位相有變化;土星周圍有光環(huán)。1610年初他在威尼斯出版了《星際使者》一書(shū)，報(bào)道了他用望遠(yuǎn)鏡獲得的重大發(fā)現(xiàn)。這些觀測(cè)結(jié)果大大沖擊了亞里士多德的完美天界的思想，月亮、太陽(yáng)并不是亞里士多德所說(shuō)的那樣完美，更重要的是觀測(cè)結(jié)果給予哥白尼學(xué)說(shuō)以有力的支持，而不是地心說(shuō)主張的那樣，所有天體都圍繞地球運(yùn)行，地球并不是中心，太陽(yáng)才是中心。
伽利略用他的天文觀測(cè)和研究把哥白尼日心學(xué)說(shuō)的真實(shí)性前所未有地?cái)[在了人們面前。伽利略為使人們接受哥白尼學(xué)說(shuō)的觀點(diǎn)，他選擇了撰寫(xiě)和出版《對(duì)話》，《對(duì)話》的出版轟動(dòng)整個(gè)學(xué)術(shù)和思想界。
《對(duì)話》的寫(xiě)作大約從1626年開(kāi)始，到1629年完成了初稿，1632年在佛羅倫薩用意大利文正式出版?！秾?duì)話》的寫(xiě)作采用“對(duì)話”的形式。“對(duì)話”分為四天，第一天批判了亞里士多德的所謂“天不變”的謬論;第二天用科學(xué)事實(shí)論證了地球的周日運(yùn)動(dòng);第三天以大量的觀測(cè)資料論證了地球的周年運(yùn)動(dòng)，否定了以地球?yàn)橛钪嬷行牡腻e(cuò)誤說(shuō)法;第四天討論潮汐問(wèn)題?！秾?duì)話》的寫(xiě)作形式活潑、語(yǔ)言生動(dòng)、寓意深刻，具有很高的藝術(shù)水平和學(xué)術(shù)價(jià)值，是科學(xué)史上的一部杰作。
伽利略在《對(duì)話》中充分利用天文觀測(cè)事實(shí)，全面系統(tǒng)地討論哥白尼日心說(shuō)和托勒密地心說(shuō)的各種分歧，并用作者的許多新發(fā)現(xiàn)和力學(xué)研究新成果論證了哥白尼體系的正確和托勒密體系的謬誤。
3 伽利略的實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)驗(yàn)思想
近代科學(xué)在很大程度上是在科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上形成和發(fā)展起來(lái)的。如果說(shuō)中世紀(jì)的思維傳統(tǒng)是注重理性，那么近代科學(xué)則是以實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)為特征的實(shí)證科學(xué)，伽利略的科學(xué)研究正是體現(xiàn)了近代科學(xué)的這種特征，他的偉大也在于此。歷史上阿基米德、羅吉爾·培根、達(dá)·芬奇、吉爾伯特、弗蘭西斯·培根等人都對(duì)實(shí)驗(yàn)科學(xué)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，但他們各有偏頗。伽利略最具開(kāi)創(chuàng)性，是一位真正的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。他對(duì)待實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)觀念、思想、方法，以及在實(shí)驗(yàn)科學(xué)上所做出的貢獻(xiàn)和對(duì)后世的影響都大大超于前者。
伽利略一系列科學(xué)研究成果都是在觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上所取得的。他重視對(duì)自然現(xiàn)象進(jìn)行觀測(cè)，更重視對(duì)自然現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。他進(jìn)行了單擺實(shí)驗(yàn)、斜面實(shí)驗(yàn)、自由落體實(shí)驗(yàn)、船艙實(shí)驗(yàn)等卓有成效的實(shí)驗(yàn)研究工作。他以觀測(cè)天空的事實(shí)來(lái)宣傳哥白尼學(xué)說(shuō)而影響甚大。但是，他真正的偉大在于他通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)探求自然界物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，在于他所取得的卓越實(shí)驗(yàn)研究成果和通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究所體現(xiàn)出來(lái)的實(shí)驗(yàn)思想和方法。
伽利略的實(shí)驗(yàn)研究成果：自由落體定律、慣性定律的思想、對(duì)拋射體的研究、相對(duì)性原理等奠定了近代最驚人的知識(shí)成就基礎(chǔ)。特別是慣性定律的思想打破了自亞里士多德以來(lái)一千多年間“受力運(yùn)動(dòng)的物體當(dāng)外力停止作用時(shí)便歸于靜止”的陳舊觀念。而相對(duì)性原理的發(fā)現(xiàn)則是人類在科學(xué)認(rèn)識(shí)史上的一次重大飛躍，也是20世紀(jì)愛(ài)因斯坦創(chuàng)立相對(duì)論的理論基礎(chǔ)。這些內(nèi)容為自然科學(xué)的發(fā)展做出了奠基性的貢獻(xiàn)。
伽利略在實(shí)驗(yàn)研究工作中，不僅靠對(duì)自然理性的把握實(shí)現(xiàn)了數(shù)學(xué)與實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了思想上的突破。而且運(yùn)用了思想實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)研究自然之規(guī)律，升華了他通過(guò)實(shí)驗(yàn)探求自然界運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理念。他要通過(guò)實(shí)驗(yàn)去發(fā)現(xiàn)自然的規(guī)律，他使物理學(xué)徹底擺脫了依靠形而上的思辨、自覺(jué)、猜測(cè)和定性的議論狀況。他實(shí)現(xiàn)了由驗(yàn)證自然規(guī)律到發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律的突破，為人類思想的進(jìn)步提供了巨大的啟示。
4 伽利略的科學(xué)思想、宗教信仰及其關(guān)系
伽利略的科學(xué)思想主要體現(xiàn)在：第一，不崇尚書(shū)本、不迷信權(quán)威和批判的精神;重視理性思維，注重對(duì)自然現(xiàn)象的研究。這種對(duì)客觀事物求實(shí)、求真的認(rèn)識(shí)觀，促進(jìn)了當(dāng)時(shí)的思想解放運(yùn)動(dòng)。第二，他創(chuàng)立的以實(shí)驗(yàn)和理性思維(包括數(shù)學(xué)推導(dǎo))相結(jié)合的科學(xué)研究方法，這對(duì)近代科學(xué)發(fā)展影響深遠(yuǎn)。第三，他加強(qiáng)科學(xué)研究的實(shí)踐性，屏棄了通過(guò)權(quán)威來(lái)解決科學(xué)問(wèn)題的觀念;他屏棄在沒(méi)有可靠實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行復(fù)雜推理方法的信賴;他要求人們必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)去閱讀“自然之書(shū)”。
伽利略實(shí)際上是具有科學(xué)家和宗教徒的雙重身份。雖然他醉心于自然科學(xué)研究，但其精神深處卻有神學(xué)信仰在支撐。伽利略處在一個(gè)宗教信仰十分濃厚的社會(huì)環(huán)境之中，早期的宗教教育，對(duì)上帝的敬虔已深深地植根于他的腦海，奠定了他作為虔誠(chéng)宗教信徒的基礎(chǔ)。他不僅自己加入了天主教派，一生篤信上帝，而且，后來(lái)還把他只有13歲和12歲的兩個(gè)女兒也都送進(jìn)了修道院做了修女?？v觀伽利略的一生，可以看出他與宗教界有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，甚至與當(dāng)時(shí)宗教界高層也有著經(jīng)常性的接觸和交流，這在很大程度上加重了伽利略的宗教情感和信仰，使他成為一個(gè)虔誠(chéng)的宗教徒。對(duì)于他的天文發(fā)現(xiàn)，他首先感謝的是神恩的啟示。教會(huì)對(duì)他置之不理，但他只責(zé)怪幾個(gè)“頭腦糊涂”的人而已。不惜代價(jià)宣傳和捍衛(wèi)哥白尼學(xué)說(shuō)也是他宗教情感的一個(gè)反映。他雖遭到教廷的迫害，但他仍相信上帝和《圣經(jīng)》，他始終是一個(gè)虔誠(chéng)的信徒，而非極端的革命者。
自然界是多層面的，人們可以從不同的視野來(lái)進(jìn)行觀察。科學(xué)的即理性的視野和神學(xué)的即感性的視野是信仰眼光的兩個(gè)不同重要方面，這兩種視野有時(shí)重疊，并且相互影響，這種情景在伽利略身上得到了體現(xiàn)。伽利略一生游離又交融于科學(xué)和神學(xué)之間。他認(rèn)為《圣經(jīng)》和“自然之書(shū)”是神圣的創(chuàng)造者寫(xiě)下的兩本書(shū)，都是正確的。一方面他捍衛(wèi)科學(xué)的真理，另一方面敬虔神圣的宗教。特別是在天文學(xué)研究中他從對(duì)神學(xué)敬仰的角度去解釋科學(xué)真實(shí)的發(fā)現(xiàn)，協(xié)調(diào)他的信仰與理性。斷言伽利略是沖破了神學(xué)的束縛才取得其科學(xué)上的成就，在很大程度上是對(duì)伽利略的誤解。
我們只有把伽利略放在歷史的長(zhǎng)河里，放在特定的歷史文化背景中，撥開(kāi)層層迷霧，對(duì)他的科學(xué)思想和宗教信仰有一個(gè)清晰而完整的認(rèn)識(shí)，才能準(zhǔn)確全面地看待和認(rèn)識(shí)伽利略。
5 研究伽利略的意義和價(jià)值
在科學(xué)史的研究中，人物研究歷來(lái)都是一個(gè)經(jīng)久不衰的重要研究領(lǐng)域。研究伽利略無(wú)論從科學(xué)內(nèi)史上展開(kāi)，還是從科學(xué)外史上深入都極具研究?jī)r(jià)值。
伽利略在科學(xué)史上有著極為重要的地位，主要表現(xiàn)以下幾個(gè)方面：第一是由于他通過(guò)對(duì)天空的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)了一系列天文現(xiàn)象。第二是他宣傳、捍衛(wèi)和豐富了哥白尼學(xué)說(shuō)，使天文科學(xué)的進(jìn)展改變了全人類的宇宙觀，這在天文學(xué)、自然科學(xué)以及整個(gè)人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步中都是意義非凡，影響巨大的。第三是他的實(shí)驗(yàn)研究成果奠定了近代最驚人的知識(shí)成就基礎(chǔ);他一系列科學(xué)實(shí)驗(yàn)背后，所蘊(yùn)含的豐富思想及方法是近代科學(xué)革命發(fā)生和現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的必要條件;他把發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律的基本方法告訴了人們;他非凡的唯實(shí)、求真、創(chuàng)新的科學(xué)精神有力地促進(jìn)了當(dāng)時(shí)的思想解放運(yùn)動(dòng)，對(duì)力學(xué)、對(duì)物理學(xué)、對(duì)整個(gè)自然科學(xué)的發(fā)展都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。伽利略用兩部科學(xué)名著《對(duì)話》和《兩門新科學(xué)》樹(shù)立他在科學(xué)史上偉大的豐碑。