伽利略(1564年2月15日 - 1642年1月8日)是意大利天文學家,物理學家和工程師。伽利略被稱為“觀測天文學之父”、“現代物理學之父”、“科學方法之父”、“現代科學之父 ”。
1564年2月15日,伽利略出生在意大利比薩城,與當時的中産家庭孩子情況相似,他接受的是私人教育,随後被送去修道院進行學習。伽利略告訴他的家人,他希望成為傳教士,但伽利略的父親希望他成為一名醫生,于是伽利略後來在比薩大學就讀了醫學。盡管就讀于醫學,但伽利略對于古希臘哲學、歐幾裡得的《幾何原理》等依舊充滿了興趣,他在課外投入了大量的時間進行研究。下面介紹他的一些物理研究:
發現1:在教堂裡發現單擺定律
有一天,19歲的伽利略信步來到比薩大教堂,他不太在意宗教儀式,而是把目光注視着教堂大廳中央那像鐘擺一樣晃動的吊燈,他用右手按着左腕的脈,認真記下了吊燈每擺動一次脈搏跳動的次數每擺,結果發現:吊燈動一次,記下的脈搏跳動次數幾乎一樣,與擺動幅度的變化無關。回到學校後,他找來不同長度的繩子、鐵鍊,以及用作擺錘的鐵球、木球,在房頂上,在樹枝上,一次又一次重複地實驗,并用沙漏記下擺動一次所需的時間。最後,他得出結論:擺動的周期隻與繩子的長度有關,而與擺錘的重量無關。這就是我們現在熟知的單擺定律,也就是擺的等時性。他的這一發現顯然觸犯了被教會奉為教義的亞裡士多德運動學說,因為後者認為“重物會比輕物下落得快”,也就是說,擺動的周期應與擺錘的重量有關。
發現2:比薩斜塔自由落體實驗
對自由落體最先研究的是古希臘的科學家亞裡士多德,他提出:物體下落的快慢是由物體本身的重量決定的,物體越重,下落得越快;反之,則下落得越慢。亞裡士多德的理論影響了其後兩千多年的人,直到物理學家伽利略在提出了相反的意見。伽利略在1636年的《兩種新科學的對話》中寫道:如果依照亞裡士多德的理論,假設有兩塊石頭,大的重量為8,小的為4,則大的下落速度為8,小的下落速度為4,當兩塊石頭被綁在一起的時候,下落快的會因為慢的而被拖慢。所以整個體系和下落速度在4-8之間。但是,兩塊綁在一起的石頭的整體重量為12,下落速度也就應該大于8,這就陷入了一個自相矛盾的境界。
伽利略由此推斷物體下落的速度應該不是由其重量決定的。他在書中設想,自由落體運動的速度是勻速變化的。為了證明這一觀點,1589年的一天,比薩大學青年數學講師,年方25歲的伽利略,同他的辯論對手及許多人一道來到比薩斜塔。伽利略登上塔頂,将一個重100磅和一個重一磅的鐵球同時抛下。在衆目睽睽之下,兩個鐵球出人意料地差不多是平行地一齊落到地上。面對這個無情的實驗,在場觀看的人個個目瞪口呆,不知所措。這就是被伽利略所證明的,如今已為人們所認識的自由落體定律。“比薩斜塔試驗”作為自然科學實例,為實踐是檢驗真理的唯一标準提供了一個生動的例證。
發現3:伽利略斜面實驗
在追究物體運動的起因時,從表面上看,亞裡士多德的觀點:要維持一個物體的運動,必須不斷地用力推它,似乎是正确且符合事實的。這裡有一個更重要的事實曾被人們忽視了2000年,那就是如果不用力推它,它并不立即停止下來。直到17世紀伽利略把科學的實驗方法與物理學規律的研究結合起來,才使物理學走上真正科學的道路。
伽利略通過科學推理,認為:如果一切接觸面都是光滑的,一個鋼珠從斜面的某一高度靜止滾下,由于隻受重力,沒有阻力産生能量損耗,那麼它必定到達另一斜面的同一高度,如果把斜面放平緩一些,也會出現同樣的情況。如果斜面變成水平面,則鋼珠會一直保持一種運動狀态,永遠運動下去。
發現4:發明天文望遠鏡并觀測天空
1609年5月,伽利略聽說荷蘭眼鏡制造師發明了一種被稱為望遠鏡的光學裝置,能讓很遠的物體看起來非常近,他立即意識到:若能在荷蘭商人到來之前,制造出一台望遠鏡,展示給威尼斯當局看,就會得到空前的大獎。于是,他依靠自己的光學知識和研磨透鏡的特殊技能,在24小時内就用一塊平凸透鏡和一塊平凹透鏡設計制造出了比荷蘭工匠制造的還要好的望遠鏡。在此之後,伽利略用望遠鏡觀察到天體周相等現象,反駁了托勒密的地心體系,有力地支持了哥白尼的日心學說。
小結
伽利略的科學發現,不僅在物理學史上而且在整個科學史上都占有極其重要的地位。他不僅糾正了統治歐洲近兩千年的亞裡士多德的錯誤觀點,更創立了研究自然科學的新方法。伽利略留給後人的精神财富是寶貴的。愛因斯坦曾這樣評價:“伽利略的發現,以及他所用的科學推理方法,是人類思想史上最偉大的成就之一,而且标志着物理學的真正的開端!
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