伽利略的貢獻(xiàn).doc

窗體頂端由哥白尼點燃的科學(xué)革命烽火，燃遍了整個歐洲，一個近代自然科學(xué)全面奠基的時期開始了。新興自然科學(xué)的第一時期在無機界的領(lǐng)域內(nèi)是以牛 頓告結(jié)束的。這是一個處理已有材料的時期，它在數(shù)學(xué)、力學(xué)和天文學(xué)、靜力學(xué)和動力學(xué)的領(lǐng)城中獲得了偉大的成就，這特別是歸功於開普勒（Johannes Kepler,15711630）和伽利略，牛頓就是從他們二人那里得出結(jié)論的。具體說，從伽利略(Galileo Galilei,1564-1642)發(fā)表他的第一篇成名之作液體靜力秤的1586年起，至牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的1685年止，整整經(jīng)歷了一個世 紀(jì)。在這一個世紀(jì)中，自然科學(xué)以神奇的速度發(fā)展起來，在這時期中，突出的是以力學(xué)為中心的實驗科學(xué)的興起。經(jīng)過伽利略、開普勒、牛頓等大批科學(xué)家一個世紀(jì) 的辛勤工作，終於建立了經(jīng)典力學(xué)的理論體系。在這同時，由於天文學(xué)和力學(xué)的發(fā)展，帶動了數(shù)學(xué)的發(fā)展，促進(jìn)了微積分的創(chuàng)立，對化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科的 發(fā)展也起了不同程度的推進(jìn)作用。 1.亞里士多德的力學(xué) 最早起源於希臘的力學(xué)，被系統(tǒng)地總結(jié)在亞里士多德的物理學(xué)中。根據(jù)這種帶有思辯和人性色彩的物理學(xué)觀點，把常見的運動分成三類。第一類是地面上物 體的運動；第二類是物體在空中下落的運動；第三類是天體的運動。亞里士多德對運動的原因作了解釋，地面上物體的運動是強制性的運動，推一堆，動一動，不推 就不動，所以力是維持物體運動的原因；第二類和第三類運動屬於天然運動。地球是宇宙的中心，是一切空中運動物體的天然歸宿。物體的重量越大，其趨向天然位 置的傾向也越大，所以其下落的速度也越大；天體是由特殊質(zhì)料構(gòu)成的，具有特殊性質(zhì)，天體是神靈們的處所，所以天體的運動是沿著最完美的曲線圓周，以最 完美的速度勻速運動。這種經(jīng)不起事實檢驗的解釋顯然是錯誤的，但它竟然影響和統(tǒng)治人們的思想達(dá)二千年之久，直到伽利略、牛頓時代，才得以徹底糾正。這 除了與生產(chǎn)力發(fā)展水平低下有關(guān)外，還跟當(dāng)時的社會結(jié)構(gòu)有關(guān)。在古希臘時代把從事實驗操作工作看作是卑賤的事情，應(yīng)該由奴隸或仆役去完成，有身份有知識 的人是不動的，只是滔滔不絕地演講和論證。傳說亞里士多德常在花園中，邊散步邊給弟子講課，故亞里士多德學(xué)派又稱為逍遙派。因此，古希臘物理學(xué)的致命弱點 是沒有充分注意定量實驗。甚至一個很簡單的實驗也可以證實亞里士多德的落體定律是錯誤的。 經(jīng)院哲學(xué)是西歐中世紀(jì)出現(xiàn)的一種思想體系。教會為了愚弄和統(tǒng)治人們的思想，歪曲和閹割亞里士多德學(xué)說中的合理和積極的部分，宣揚其消極部分，使 改造后的亞里士多德的哲學(xué)符合宗教教義，他的著作也就成為僅次於宗教教義的權(quán)威。列寧曾一針見血地指出：僧侶主義槍殺了亞里士多德學(xué)說中活生生的東 西，而使其中僵死的東西萬古不朽。由於這種被加工和改造過的哲學(xué)產(chǎn)生於天主教的學(xué)院，故被稱之為經(jīng)院哲學(xué)。這種哲學(xué)熱衷於從抽象的概念出發(fā)，用繁瑣的推 理去論證宗教的教義，主張理性服從信仰。對實驗和觀測不感興趣，不相信人類的感覺是認(rèn)識事物本質(zhì)的指南。這種哲學(xué)，在科學(xué)史上，對科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生深重的影 響。這在伽利略與教會的斗爭中表現(xiàn)得尤為突出。 比伽利略早一個世紀(jì)的意大利文藝復(fù)興運動的傳奇人物達(dá)芬奇(Leonardo da Vinci，1452l519)，是個集科學(xué)家和藝術(shù)家於一身的多才多藝的人物。他通過解剖研究人體的生理構(gòu)造，他觀察天體，研究天文，他精通繪畫和雕 刻，又擅長機械和土木建筑，總之，他的興趣廣泛，涉及多種學(xué)科和工藝。在他的活動中，有一個顯著的特點：重視實踐，他說：在研究一個科學(xué)問題時，我首先 安排幾種實驗，因為我的目的是根據(jù)經(jīng)驗來決定問題，然后指出為什麼物體在什麼原因下會有這樣的效應(yīng)。這是一切從事研究自然界現(xiàn)象所必須遵循的方法我們必 須在各種各樣情況和環(huán)境下向經(jīng)驗請教，直到我們能從這許多事例中引伸出它們所包含的普遍規(guī)律。不僅如此，他還十分重視數(shù)學(xué)和實驗結(jié)合在探討自然規(guī)律過程 中的重要作用，懂得定量的實驗在科學(xué)方法上的重要性，他認(rèn)為科學(xué)上沒有什麼肯定的事情用不上一門數(shù)學(xué)科學(xué)的。他在研究梁柱的強度和力學(xué)問題時采用了這種方 法，得出定量的結(jié)果。達(dá)芬奇的這些見解和實踐，對伽利略建立實驗自然科學(xué)起了重要的啟發(fā)作用。 2.伽利略的生平和主要的科學(xué)活動 1564年2月15日伽利略出生於意大利古城比薩，父親是破落的貴族，擅長音樂和數(shù)學(xué)。童年時代的伽利略就顯示非凡的制作和觀察能力，自己動手制 成會動的玩具和機器。1572年開始接受正規(guī)教育，在圣瑪麗亞寺院學(xué)習(xí)。1581年9月考入比薩大學(xué)，遵從他父親的意愿學(xué)醫(yī)。然而他對醫(yī)學(xué)毫無興趣。一個 偶然的機會，把他的興趣和注意力引向數(shù)學(xué)和物理。1583年托斯卡納公國(比薩隸屬於此公國)的大公爵來比薩過冬，隨行人員中有一位很有才學(xué)的宮廷教授里 奇(Ostilio Ricci,15401603)，是伽利略家的朋友。在一次里奇所作的數(shù)學(xué)演講中，使旁聽的伽利略著迷。從此他對數(shù)學(xué)的興趣劇增。由於他對數(shù)學(xué)表現(xiàn)出非 凡的理解能力和過人的邏輯思維能力，被里奇收為門生，并指導(dǎo)他閱讀了不少數(shù)學(xué)著作，特別是阿基米德和歐幾里德的著作。這使得伽利略在數(shù)學(xué)上有相當(dāng)?shù)脑煸劊?對他以后創(chuàng)立實驗自然科學(xué)并獲得成功起了巨大的作用。 伽利略對數(shù)學(xué)的熱愛，引起了他父親的反對，加上家境窘迫，1583年他沒有取得學(xué)位就離開比薩大學(xué)，回到佛羅倫斯協(xié)助父親經(jīng)營店鋪。在經(jīng)營之余，他把一切時間都用於學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)做實驗，從此開始自學(xué)和獨立進(jìn)行研究。 傳說1583年他在比薩大教堂內(nèi)從吊燈擺動的現(xiàn)象中，發(fā)現(xiàn)了擺的等時性規(guī)律，并應(yīng)用於實際。關(guān)於這傳說，日本的科學(xué)史和科學(xué)教育研究者板倉圣 宣曾表示過異議，理由是比薩大教堂的吊燈是1583年以后制造的。這段傳說是伽利略晚年接收的學(xué)生維維安尼(Vincenzo Viviani,16221703)在伽利略傳中記述的。但是伽利略根據(jù)擺的規(guī)律發(fā)明的能準(zhǔn)確測量脈搏速率的擺式脈搏計是有據(jù)可查的，1607年帕 多瓦大學(xué)的一位醫(yī)生在他的著作提到過這種脈搏計，并附有圖樣。 15851589年期間，他做過家庭教師，教過數(shù)學(xué)。1586年發(fā)表了他的第一篇論文液體靜力秤，表現(xiàn)出他在實驗方面的才能。這種秤是根據(jù) 阿基水德的杠桿原理和浮力原理制成的，它能準(zhǔn)確而方便地測出金屬的比重。在這同時他還寫了一篇論重心的文章，經(jīng)里奇介紹給大公爵費迪南德一世 (Grand Duke Ferdinand I)。為了謀求職業(yè)，里奇指點伽利略給一些有影響的貴族和科學(xué)家寫信，介紹自己的研究成果，以求得支持。在這過程中，他結(jié)識了熱愛科學(xué)和禮賢下士的吉多鮑 多侯爵。侯爵很賞識他的學(xué)識和才華，表示愿意對他的研究工作予以支持和幫助。 由於吉多鮑多侯爵的推薦，1589年他受聘擔(dān)任比薩大學(xué)新增設(shè)的數(shù)學(xué)講座教授，主要講授數(shù)學(xué)和天文學(xué)，課余仍熱衷於研究有關(guān)運動的問題。他研究的 中心問題是在重力作用下落體的運動，對亞里士多德的落體定律和運動原因的理論提出質(zhì)疑。亞里士多德的落體運動理論可以概括為兩點：一是落體的速度與其重量 成正比；二是落體的速度與其所通過的介質(zhì)的密度成反比。伽利略直言不諱地對此提出批評，認(rèn)為是胡說八道。他非常尊敬阿基米德，深受浮力原理的影響，企 圖以阿基米德的理論來探討落體運動的規(guī)律，提出了物體下落的速度與它的密度成正比；在水中或空氣中下落時，則下落速度與物體和介質(zhì)間的密度差成正比。他的 這一假設(shè)，反映在1590年他所撰寫的長篇論文論運動中。與伽利略同時代，并對伽利略有過很大影響的威尼斯的數(shù)學(xué)家貝尼德蒂(Giovanni Battista Benedetti,15301590)是帕多瓦大學(xué)著名的沖力說者。他在1585年出版的力學(xué)論中，批判了亞里士多德的落體運動理論。他提出，在 真空中山同一材料組成的大小不同的物體，在同一時間內(nèi)下落的距離相同，即它們的末速度應(yīng)相同。這與亞里士多德的落體速度與其重量成正比的結(jié)論完全不同。為 了論證這一點，他運用邏輯推理的方法駁斥了亞里士多德的論點：一個重的物體與一個輕的物體縛在一起，讓它們下落，按亞里士多德的理論，重物下落快，輕物下 落慢，重物受輕物牽制，它們一起下落的速度必定介於它們各自下落時的速度之間；另一方面，兩物縛在一起的重量應(yīng)比重物還重，所以它們下落速度比它們?nèi)魏我?個的速度都大。由此可見，亞里士多德的落體運動理論是自相矛盾和經(jīng)不起推敲的。貝尼德蒂的這個簡潔而有說服力的推理，在一些介紹伽利略發(fā)現(xiàn)落體定律的文章 中，常被錯誤地說成是伽利略首先提出的理想實驗，這實在是一個誤傳。荷蘭的科學(xué)史教授E.J狄克斯特霍伊斯 (E.J.Dijksterhuis,1892)在他與R.J弗伯斯(R.JForbes,l900)合著的科學(xué)技術(shù)史中鄭重提出了這一點。 關(guān)於落體運動的傳說中，有一個說法，1590年伽利略曾在比薩斜塔上當(dāng)著所有其他教師、哲學(xué)家以及所有的學(xué)生重復(fù)多次地把兩個不同重量的球體同時 落下，以兩球同時看地的事實來駁斥亞里士多德的落體理論。這個傳說雖然富有傳奇色彩，流傳甚廣，甚至於在比薩和佛羅倫斯的某些搏物館里還陳列著據(jù)說是當(dāng)年 伽利略作實驗用過的木球，但是可惜的是證據(jù)不足。在保存完好的伽利略的筆記和著作中，在與伽利略同時代的科學(xué)家的談話和文章中，都從未提到過此事。這個傳 說最早是出自於伽利略的學(xué)生維維安尼，他在1654年出版的伽利略傳中描述了這件事。對於這個傳說在歷史上一宜存在著兩種不同的看法：一是認(rèn)為比薩斜 塔實驗是可信的，確有此事；另一是認(rèn)為根本沒有此事，僅僅是維維安尼為了擴大他老師的影響而作的傳奇描述。當(dāng)然，還有一種看法是對此事不置可否。 持第一種看法的有以意大利伽利略著作國家版(其二十卷)的編輯法瓦羅(Antonio Favaro)為首的一批物理史學(xué)家，其中有著名的英國大哲學(xué)家懷特海(A.N.Whitehead)，他把比薩斜塔實驗和1881年的邁克爾孫-莫雷實 驗并列為科學(xué)史上最著名的兩個判決性實驗。 持第二種看法的有以德國伽利略著作國家版編輯沃威耳為首的一批物理史學(xué)家，其中有著名的科學(xué)史學(xué)家巴特菲爾德(Herbert Butterfield)等。 歷史上確有人進(jìn)行過落體實驗，此人是荷蘭的工程師和力學(xué)家斯臺文(Simon Stevin,15481620)，即斯臺維努(Stevinus)。他在1586年出版的靜力學(xué)中，介紹他所做的一次落體實驗：讓我們拿兩只鉛 球，其中一只比另一只重十倍，把它們從三十英尺的高度同時丟下來，落在一塊木板或者什麼可以發(fā)出清浙響聲的東西上面，那麼，我們會看出輕鉛球并不需要比重 鉛球十倍的時間，而是同時落到木板，因此它們發(fā)出的聲音聽上去就像是一個聲音一樣。 一些取材嚴(yán)謹(jǐn)，內(nèi)容廣泛，敘述準(zhǔn)確的物理學(xué)史著作和傳記辭典，如科學(xué)傳記辭典(C.C. Gillispie(主編),Dictionary of Scientific Biography, Charles Scribners Sons,New York,19701980)：在提及伽利略的比薩斜塔實驗時，都冠以據(jù)傳說的字樣。 伽利略科學(xué)研究的黃金時期是在15921610年。伽利略在吉多鮑多侯爵的全力幫助下，1592年前往威尼斯共和國，受聘擔(dān)任帕多瓦大學(xué)數(shù)學(xué)教 授。威尼斯位於亞德里亞海之濱，遠(yuǎn)離羅馬教庭，受教會的控制較少，學(xué)術(shù)空氣比較自由。由於航海業(yè)、貿(mào)易和手工業(yè)發(fā)達(dá)，威尼斯經(jīng)濟富裕，是地中海當(dāng)時的強國 之一。帕多瓦屬威尼斯共和國，帕多瓦大學(xué)是當(dāng)時歐洲著名的大學(xué)之一，素以提倡自由研究和自由思想馳譽歐洲，歡迎具有各種信仰的人和新思想的人前來講學(xué)。這 種環(huán)境和氣氛對伽利略的科學(xué)研究活動十分有利，對他卓越才能是個充分發(fā)展的好機會。這段時期是他科學(xué)生涯中的黃金時期，是最出成果的時期，也是他一生中最 幸福的時期。他的科學(xué)宇宙觀在這里形成了。 這段時期伽利略研究了大量問題，特別是力學(xué)問題。如落體運動，擺和斜面上的運動，拋射體的運動，力的合成等。此外對流體、熱學(xué)問題也進(jìn)行了研究， 伽利略溫度計就是在15921593年期間發(fā)明的。1609年他被荷蘭人利珀希(Hans Leppershey, 約1570約1619)發(fā)明望遠(yuǎn)鏡的消息所吸引，從而把他的興趣和注意力從力學(xué)轉(zhuǎn)向光學(xué)和天文學(xué)，直到1633年被教會判為終身監(jiān)禁后重又研究力學(xué)。他 對力學(xué)的大部分研究工作和發(fā)現(xiàn)都是在這時期完成的，而發(fā)表則在晚年。 伽利略在帕多瓦主要講授歐幾里德的數(shù)學(xué)、托勒密的天文學(xué)和亞里士多德的力學(xué)。業(yè)余講授筑城學(xué)、軍事工程學(xué)，把數(shù)學(xué)知識、力學(xué)實驗和防御工程相結(jié)合，很受學(xué)生中貴族子弟的歡迎。 1597年設(shè)計了具有軍事用途的比例規(guī)和羅盤，并開設(shè)工廠生產(chǎn)和出售這些儀器。在這之前，他根據(jù)氣體的熱脹冷縮的性質(zhì)，發(fā)明了空氣溫度計。使用中 發(fā)現(xiàn)測溫不準(zhǔn)，由於當(dāng)時忙於其他工作，沒能進(jìn)一步改進(jìn)，直到晚年才與學(xué)生托里切利(Evangelista Torricelli,16081647)討論改進(jìn)。托里切利在他的指點下，於1643年發(fā)明了水銀氣壓計。 在研究落體運動問題時，他發(fā)現(xiàn)物體在空氣中下落，它的速度不僅與它的重量和密度有關(guān)，還與它的大小和形狀有關(guān)，他意識到空氣對落體的阻力作用，認(rèn) 識到以前提出的物體下落速度與物體的密度和空氣的密度差成正比的假設(shè)是錯誤的，錯在沒有考慮空氣阻力。他想，假如沒有空氣，在真空中物體的下落速度也許 與重量和密度無關(guān)，所有的物體會下落得一樣快。他觀察到物體從靜止?fàn)顟B(tài)開始下落的過程中，它的速度是不斷地增加的。他確信這種速度增加是以一種極其簡單和 十分顯而易見的方式進(jìn)行的，因為他認(rèn)為大自然是以本質(zhì)上最簡單的方式行事的。隨著下落時間的增大，物體下落的距離也急劇地增大，他設(shè)想下落距離s與下落時 間t的平方成正比。那麼速度以什麼樣方式增大才能滿足上述關(guān)系呢？從1604年他給友人的信中可以看到，他提出了速度與通過的距離成正比的假設(shè)，重復(fù)了兩 個多世紀(jì)前薩克森的艾伯特(Albert,約13161390)所犯的錯誤。從這個假設(shè)出發(fā)，經(jīng)過數(shù)學(xué)計算，得不到下落距離s與下落時間t的平方成正 比的結(jié)論，而且矛盾百出。直到1609年前后，才從他的筆記和文章中看到了他提出的正確的速度與下落時間成正比的關(guān)系，而且用圖解法證明了，從這種速度 變化關(guān)系出發(fā)，可以得到下落距離s與下落時間t的平方成正比的結(jié)論。所以，伽利略不像傳說中的那樣，是在1590年的比薩斜塔上得到了正確的落體定 律，而是經(jīng)過一個曲折和反復(fù)的過程。 伽利略希望通過實驗來檢驗這些關(guān)系是否正確，從而進(jìn)一步驗證他的假設(shè)。然而自由落體的運動過程太快，在當(dāng)時的條件下，無法進(jìn)行實際測量。為了沖 淡重力，充分放慢運動，他通過對單擺運動和精心設(shè)計的斜面實驗的研究，驗證了下落距離s與下落時間t的平方成正比的關(guān)系，找到了正確的落體運動的規(guī) 律。在1638年出版的兩種新科學(xué)的對話中第一次詳細(xì)地敘述了落體定律，指出從靜止?fàn)顟B(tài)開始自由下落的物體，其經(jīng)過的距離同下落的時間平方成正比，實 際上這個比值就是重力加速度。但是伽利略沒有給出過一個重力加速度的近似值。第一個最先得出這個近似值是9.8米/秒2的是荷蘭物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和天文學(xué) 家惠更斯(Christiaan Huygens,16291695)。 伽利略的斜面實驗，是最后證實他的自由落體通過的距離與下落時間平方成正比的假設(shè)是正確的一個關(guān)鍵性的實驗。這完全不像有些流行的說法那樣，伽利 略是通過斜面實驗，由測得的距離和所用的時間，得出距離與時間平方成正比的結(jié)論，從而發(fā)現(xiàn)落體定律。這既違背歷史事實，也不符合伽利略當(dāng)時所運用的研究方 法。他所運用的方法是：根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行推理，提出最初的假設(shè)，運用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行演繹，得出結(jié)論，然后通過實驗來驗證假設(shè)。這種方法就是現(xiàn)在所謂的演繹法。在 這種方法中，實驗的地位和作用，不是為了發(fā)現(xiàn)規(guī)律，而是為了證明演繹所得的結(jié)論，從而證明最初的假設(shè)是正確的、有效的。這種方法對以后的許多科學(xué)家、對物 理學(xué)的發(fā)展起了重大的作用。 伽利略在帕多瓦期間，除了在力學(xué)方面作出了重大的貢獻(xiàn)外，對天文學(xué)和哥白尼的日心說的發(fā)展，也取得了重大的成就。 1594年，伽利略患關(guān)節(jié)炎在家養(yǎng)病期間，閱讀了有關(guān)介紹哥白尼日心說的書籍。哥白尼所描繪的宇宙結(jié)構(gòu)圖象，引起了他強烈的興趣，開始研究天文 學(xué)。在1597年5月寫給比薩友人的信中，他第一次表明贊成哥白尼的日心說。同年8月收到開普勒寄來的他的處女作宇宙的神秘一書抄本。在給開普勒的回 信中，伽利略再次公開聲稱他是哥白尼的信徒，并宣稱發(fā)現(xiàn)了一些有利於證實地動的物理論據(jù)。他對哥白尼學(xué)說的興趣不是建立在力學(xué)而是建立在天文學(xué)的基礎(chǔ)上。 1604年起新星的出現(xiàn)，導(dǎo)致對亞里士多德關(guān)於天空的緊固性論述的爭論。在這場爭論中伽利略公開支持哥白尼的理論，發(fā)表了三篇內(nèi)容充實的演講，并準(zhǔn)備發(fā)表 有關(guān)天文學(xué)的著作。然而他的這些計劃被一件偶然發(fā)生的事情打亂了，沒能實現(xiàn)。1606年，在帕多瓦的一位德國人梅耶和他的學(xué)生卡普拉剽竊了伽利略發(fā)明的比 例規(guī)，把他寫的意大利文的說明書譯成拉丁文，謊稱是他們自己發(fā)明的，并且反誣伽利略是剽竊者。伽利略為捍衛(wèi)自己的發(fā)明權(quán)，向?qū)W校當(dāng)局控告他們兩人，當(dāng)時邁 爾已回到德國，而卡普拉則被學(xué)校開除。1607年他用辯論文體發(fā)表了對卡普拉誹謗與欺騙的自辯，從此開始了以辯論文體為斗爭武器的寫作方式，取得了極 大的成功。 1609年7月，他從友人處聽到荷蘭的利泊希發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡，於同年的8月根據(jù)傳聞制成了第一架放大率為3倍的望遠(yuǎn)鏡。他用風(fēng)琴管作鏡筒，兩端分別 嵌入一片直徑為5.6厘米的平凸透鏡和一片平凹透鏡。他前往威尼斯，把它獻(xiàn)給了大公爵。望遠(yuǎn)鏡很快在軍事上和航海上顯示出它的實用價值。為了表彰他的功 績，威尼斯大公爵封他為帕多瓦大學(xué)的終身教授，并給予加位薪俸。他不滿足於已制成的第一架望遠(yuǎn)鏡所取得的成功，經(jīng)過繼續(xù)努力和改進(jìn)，到1609年底，他把 放大倍數(shù)提到32倍，這是伽利略型望遠(yuǎn)鏡的極限值。具有重要意義的不是他制出了第一架高倍率望遠(yuǎn)鏡，而是他首先把望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)了浩瀚的星空，開創(chuàng)了用望遠(yuǎn)鏡 研究天體運動的新紀(jì)元，創(chuàng)立了望遠(yuǎn)鏡天文學(xué)。 他首先觀察了月球，發(fā)現(xiàn)月球表面并不像經(jīng)院哲學(xué)們所描述的那樣光滑、完美而沒有瑕疵，而是像地球表面那樣，高低不平，有高山有深谷，也在繞軸自 轉(zhuǎn)。他把月球上兩條主要山脈分別以阿爾卑斯和阿平寧來命名，并繪出世界上第一幅月面圖。他根據(jù)月面上明暗斑紋的變化，推測出月球自身是不發(fā)光的， 它的亮光是反射太陽光的結(jié)果。他接著觀察行星，發(fā)現(xiàn)在望遠(yuǎn)鏡中看到的行星要比肉眼看到的大得多，兩恒星則差別不大，推斷出恒星離地面極遠(yuǎn)。銀河是由無數(shù)顆 恒星所組成，證明了布魯諾關(guān)於宇宙是無限的論斷是正確的。1610年1月7日這一天是伽利略一生中最偉大的一天，也是天文學(xué)史上重要的一天，他從望遠(yuǎn)鏡中 發(fā)現(xiàn)了木星有衛(wèi)星，經(jīng)過幾天的觀察，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星共有四顆，并在繞木星緩慢旋轉(zhuǎn)，這多像是一幅哥白尼體系中小太陽系的畫面。 這對哥白尼學(xué)說來說是個重要的支持。說明亞里士多德的天界是不變的，行星只有七個，一個不多一個不少的說法是完全站不住腳的。1610年3月他把 上述的觀察結(jié)果和對哥白尼學(xué)說的闡述寫成星界信使一書在威尼斯公開發(fā)表，引起轟動。開普勒對此書給予高度評價，在伽利略的同意之下，開普勒同年在德國 的法蘭克福重印。為了對伽利略的支持，開普勒寫了同星界信使的對話一文，指出伽利略的發(fā)現(xiàn)與他的行星理論是完全一致的。 伽利略身在帕多瓦，心里一直想念著家鄉(xiāng)佛羅倫斯。為了能回到家鄉(xiāng)，他把星界信使和一架望遠(yuǎn)鏡獻(xiàn)給佛羅倫薩托斯干納大公爵科西莫德梅迪西二 世(Cosimo del Medici II)，并把木星的衛(wèi)星命名為梅迪西星。1610年7月他被托斯干納大公爵任命為宮庭數(shù)學(xué)和哲學(xué)教授，并任比薩大學(xué)名譽教授。在這同一個月里，伽利略 發(fā)現(xiàn)土星呈橄欖型的三重星，誤認(rèn)為土星有兩顆極近的衛(wèi)星。直到46年后，惠更斯才正確提出這是土星光環(huán)所致。 伽利略於1610年9月回到闊別18年的佛羅倫斯，繼續(xù)從事天文觀察。就在這個月的月末發(fā)現(xiàn)了金星的盈虧現(xiàn)象，后來發(fā)現(xiàn)水星也有相似的現(xiàn)象。從金星和水星的周相變化不同於月球，推斷出金星和水星是在太陽與地球之間的軌道上繞太陽旋轉(zhuǎn)。這對哥白尼學(xué)說無疑是個有力的證據(jù)。 1611年他訪問羅馬，受到教皇保羅五世的接見，并結(jié)識了1603年創(chuàng)建俐學(xué)會的塞西(Federico Cesi,15851630)侯爵。猞俐學(xué)會(猞俐是一種山貓，行動敏捷兇猛，目光銳利，以此命名，比喻科學(xué)力量之深刻有力。)是由當(dāng)時意大利第一流科 學(xué)家組成的學(xué)術(shù)團(tuán)體，是科學(xué)發(fā)展史上第一個有影響的科學(xué)組織。由於伽利略的學(xué)術(shù)成就和聲望，被選入該學(xué)會，成為第六名會員。 1612年伽利略發(fā)表了有關(guān)流體靜力學(xué)的論文關(guān)於浮體的講文中闡述了他對阿基米德原理的發(fā)展和對亞里士多德的物理原理的抨擊。得罪了經(jīng)院哲學(xué)家 和亞里士多德的信徒們。1613年發(fā)表了關(guān)於太陽黑子的信札的小冊子，敘述了從1610年以來他對太陽黑子活動和形狀變化的觀察，書中第一次明確地闡 述了哥白尼的學(xué)說，提出了角動量守桓和慣性的初步概念。他的觀點招致教會中反對它的人和亞里士多德追隨者的惡意攻擊和中傷，指責(zé)他宣傳邪說，背叛圣 經(jīng)。1616年2月26日宗教法庭對伽利略進(jìn)行了審判，并頒布了如下的法令：認(rèn)為太陽處於宇宙中心靜止不動的觀點是愚蠢的，在哲學(xué)上是虛妄的，純屬邪 說，因為它違反圣經(jīng)，正式宣布哥白尼的天體運行論為禁書，同時警告伽利略不準(zhǔn)用語言和文字維護(hù)哥白尼的學(xué)說。 從此伽利略隱居於佛羅倫斯郊外的別墅里，進(jìn)行一些不違背教會警告的研究工作。由於1609年望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)而中斷了的力學(xué)研究工作，現(xiàn)在又繼續(xù)進(jìn)行了。他研究了加速運動，正確地定義了勻加速運動。 1618年三顆彗星的出現(xiàn)，引起了不少人的注意和研究。伽利略雖然對彗星沒有提出什麼明確的理論，但是他針對一些錯誤看法，指出彗星是天體的實在的運動，而不是霧海中太陽反射的光學(xué)效應(yīng)。 在這期間，教會中反對和仇恨伽利略的兇惡敵人，加緊對他的攻擊。伽利略忍無可忍，決定予以反擊。經(jīng)過長期準(zhǔn)備，一本申辯冤誣的書分析者寫成 了，1623年由猞俐學(xué)會出版。這時傳來他的老朋友巴貝里尼(Maffeo Barberini)主教當(dāng)選為教皇烏爾班八世(Urban VIII)的喜訊，他決定將分析者獻(xiàn)給新教皇，并請求解除1616年的禁令。教皇對些表示無能為力，但不反對他寫一本討論哥白尼學(xué)說和托勒密學(xué)說的 書，作者不應(yīng)作出地動的結(jié)論。從1624年起著手準(zhǔn)備到1630年，他花了6年的時間，用便於大眾閱讀的意大利文寫成了不朽名著關(guān)於托勒密和哥白尼兩天 世界體系的對話(簡稱關(guān)於兩大世界體系的對話，或?qū)υ?。為了不違背教會的警告，他采用三個人對話的形式，對兩種宇宙體系作了四天的談話。第一 天批駁亞里士多德關(guān)於天體的組成與性質(zhì)完全不同於地球的謬論，用大量天文觀察事實，證明了天不變、天地有別的觀點是錯誤的。提出了運動并不一種 變化，它并不導(dǎo)致生長和毀滅的重要見解。第二天論證了地球的周日運動，運用他所提出的相對性原理，駁斥地球不動的觀點。第三天討論了地球的周年運動。第 四天討論潮汐運動，錯誤地認(rèn)為地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的雙重運動是產(chǎn)生潮汐的原因，并以此作為地動的證據(jù)。 1630年伽利略帶著手稿來羅馬申請印刷許可證。當(dāng)時羅馬正值瘟疫流行，支持他的塞西侯爵染病去世，承擔(dān)出版發(fā)行的猞俐學(xué)會也由於塞西的去世而解 散。他只好回到佛羅倫斯，在當(dāng)?shù)厣暾堄∷⒃S可證。經(jīng)過種種周折，終於在1631年，取得了在佛羅倫斯印刷的許可證。1632年3月對話在佛羅倫斯與讀 者見面了，一部分郵往羅馬。此書受到讀者的熱烈歡迎，首版銷售一空，供不應(yīng)求。 對話的成功，引起羅馬的極大驚恐，教會中極端仇視伽利略的人在教皇面前誣告對話是針對和諷刺教皇的，說伽利略欺騙和愚弄了他。這使教皇十 分惱怒，下令立即停止發(fā)行，這時是當(dāng)年的8月份。10月份宗教法庭傳伽利略赴羅馬受審。當(dāng)時伽利略有病在身，拒絕去羅馬。但是教皇絲毫不肯寬容，盡管有托 斯干納大公爵賀迪南德二世(Grand Duke Ferdinand II)的求情和醫(yī)生的證明也無濟於事。1633年1月20日伽利略被擔(dān)架抬著赴羅馬受審。2月13日到達(dá)羅馬，4月開庭受審。經(jīng)過三個月的嚴(yán)酷刑訊，於6 月22日結(jié)案。在教會的淫威脅迫下，他違心地在悔罪書上簽字認(rèn)罪，并發(fā)誓以后無論住口頭還是書面上，決不再說或者主張會引起人們對我有同樣懷疑的一 切。宣判對話是禁書，禁止出版和發(fā)行，判決他在教會的監(jiān)視下終身監(jiān)禁。最初在大主教皮科洛米尼(Picclomini, Ascanico)監(jiān)管下送往錫耶納。皮科洛米尼曾是伽利略的學(xué)生，對他十分友好，鼓勵他振作起來，繼續(xù)他的研究。這使處於逆境中伽利略得到很大的鼓舞， 決心把畢生的研究成果加以整理，繼續(xù)進(jìn)行力學(xué)的實驗和研究。1634年初伽利略被允許回到佛羅倫斯的阿切特里村，這可以使他有可能經(jīng)常去看望在修道院的兩 位女兒。不幸的是，沒過幾個月，他最心愛的大女兒染病於同年的4月去世。失去了晚年生活中的最大藉慰，對他的打擊是沉重的。正當(dāng)他心灰意懶，失去工作和生 活的信心的時候，傳來了令他振奮的好消息：對話被譯成拉丁文在德國的斯特拉斯堡出版，還被譯成英文，在歐洲廣為傳播。1635年6月，一部總結(jié)他一生 力學(xué)研究成果的科學(xué)巨著關(guān)於力學(xué)和局部運動的兩門新科學(xué)的談話和數(shù)學(xué)證明(簡稱兩門新科學(xué)的談話，或談話)脫稿了。在教會控制下的意大利，他 的書是無法出版的。1637年他把手稿交由一位友人私下帶往荷蘭，翌年7月由萊頓的埃爾澤在伽利略的“落體定律”的形成過程中，斜面實驗起過重要作用。由于落體運動的時間 很短，以及當(dāng)時的計時工具又非常落后，伽利略在研究落體運動時遇到了非常大的困難。斜面實驗則巧妙的解決了這個