·物理学家

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伽利略·加利莱(Galileo Galilei)在米开朗琪罗逝世那天(1564年2月18日)生于比萨(与莎士比亚同年),他的父亲是一个有学养的佛罗伦萨人,曾教他希腊文、拉丁文、数学和音乐。伽利略与音乐家蒙特威尔第(15671643年)并非仅生于同一时代而已:音乐也是他长年的安慰之一,尤其瞎眼之后的晚年更是如此;他风琴弹得众口称赞,琵琶弹得也不错。他喜欢绘画,有时候甚至遗憾自己没有成为艺术家。在他年轻时代的意大利,文艺复兴的火焰仍然炽燃着,激励人们趋于全能。他悲哀自己不能设计庙宇、刻制雕像、绘画、写诗、作曲、指挥船舰,他渴望做这一切。当我们默想他的时候,会觉得他所缺的只是时间而已。这样的人,遇到不同的偶发事件,可能成为任何一种伟人。不知是由于天性还是由于环境,他在少年时代即倾向制造和玩弄机器。

17岁那年他被送到比萨大学攻读医药和哲学。一年后做了第一项科学发现——钟摆的摆动,无论幅度大小,所费的时间都是相等的。他可以由调整摆臂的长短,减缓或加速摆动率,直到与脉搏一致为止。他使用这种“脉搏计”正确测出自己的心跳。

大约此时他接触了欧几里得。在偶然的一次机会,他听到一个家庭老师教导托斯卡纳大公爵的侍从几何学。他认为数学逻辑远优于他在教室中学到的经院和亚里士多德哲学,便研读欧几里得的《几何原理》(Element),暗中追随这位老师对公爵侍从所教的课程。这位教师对他很感兴趣,便私下教他。1585年伽利略没得到学位就离开了比萨大学,迁往佛罗伦萨,在这位教师的指导下,热心钻研数学和机械。一年后他发明了液体静力天平,可以测出合金中各金属的相对重量,又以一篇讨论固体重心的论文得到耶稣会教士克里斯托弗·克拉维斯的赞扬。此时他的父亲财产耗尽,伽利略不得不自己赚钱谋生。他申请比萨、佛罗伦萨和帕多瓦等大学的教师职位,因为年纪太轻而遭拒绝。1589年,正当他与一个朋友计划到君士坦丁堡和东方寻求财富时,得知比萨大学的数学教授出缺。伽利略带着无望的心情前去申请,他当时只有25岁。他得到了3年的聘约,年薪60银币。这样的待遇不足以使他温饱,却可以显示出他的勇气。

他的确够勇敢,因为他立刻从教授席位上开始就亚里士多德物理观点展开论战。根据希腊人的说法,“一块金、铝或者任何有重量的物体,其下坠动作的速度与其大小成正比”。卢克莱修和达·芬奇也曾发表同样的观点。古代的喜帕恰斯(Hipparchus,公元前130年)就曾对亚里士多德关于“物体之重量导致其下坠”的意见表示怀疑,琼尼斯·菲罗波努斯(Joannes Philoponus)(533年)在评论亚里士多德时,认为两个物体,若一物重量为另一物之2倍,则其下坠时间的差别“根本不存在或者看不出来”。此处有一个引起很多争论的著名故事,它首先出现于伽利略的朋友维琴佐·维维亚尼(Vincenzo Viviani)在1654年(伽利略死后12年)为他写的一本早期传记中,声称是依照伽利略的亲口叙述:

使所有哲学家惊慌的是,很多亚里士多德的结论都被他(伽利略)用实验和可靠的论证推翻了……其中一条是等质不等重的物体穿过同样的媒介物移动,其速度并不像亚里士多德所说的与重量成正比,而是相等。他在其他教师、哲学家以及学生面前一再从比萨斜塔(Campanile of Pisa)顶部重复实验……他维护教授席位的尊严……赢得了声名,以致许多诡辩家和他的对手们都因为嫉妒而反对他。

在伽利略现存的作品中,他自己从未提过“比萨实验”,另外两个同时代人也未曾提过他的实验。维维亚尼的故事在德国和美国的某些学者视为传奇而不予采信。[1]有关比萨哲学家们的愤恨的传说也不甚可靠。伽利略在1592年夏天离开大学,也许因为他获得了更高薪的职位。在9月就职帕多瓦大学,教几何、机械和天文,并把他的家变成实验室,邀学生和朋友前来。他不愿结婚,却有一个情妇,为他生了3个孩子。

现在他从事研究和实验,直到晚年时他才将它们集成一本关于静力和动力学的《两项新科学对话录》(Dialogues Concerning Two New Sciences)。他肯定物质不灭。他确立杠杆和滑轮原理,并显示自由落体的加速度。他做了很多斜面实验,并坚称,自一斜面滚下的物体,若不受摩擦力或其他阻力,就会在一类似斜面上升高到它所下落的高度。他并断言惯性定律(牛顿的第一运动律)——运动体会无限制地继续以同一直线和速率前进,除非受到外力的干涉。他证明水平方向推进的抛射体会成抛物线下降,那是冲力和地心引力共同作用的结果。他把音乐的音调简化成空气的波长,并显示音符的高低视其弦线在一特定时间内振动次数而定。他认为音符的振动若循韵律规则,听起来就显得一致而和谐。物质的属性中,下列各项是可以以数学方法来处理的物质——扩张性、位置、动作、密度,等等,其余属性——声音、味道、气味、颜色,等等——“只存在于意识中;如果活的生命被除去,则这些特质都会被扫除殆尽。”他希望有朝一日,这些“次要物质”能够及时被分析成数学可测量的物质和运动的主要物理特质。

这些都是基本而有收获的贡献。它们却因为工具不足而受到阻碍,例如,伽利略低估了物体和抛射体下落时的空气阻力。但是自阿基米得(Archimedes)以来,没有任何人对物理学的贡献能够比得上他。


[1]亚里士多德的作品往往是节缩的笔记,然后可能在演讲中加长或润饰。德科罗(De Coelo)的一段文字意思也许是说,在具有抗力的介质,如空气中密集物体如钱币的下落,会比纸张等体积较大、重量较小的物体来得快些。这当然是正确的。但是真空中钱币与纸张——或者船球与羽毛——会等速降落。而即使在空气中,如把纸张搓成一团,它也几乎和钱币同时落地。我们若注意维维亚尼陈述中的修正——物体必须是“同样质料……穿过同样的媒介物降落”——雅典哲学家和比萨科学家的分歧便大大减低了。


伽利略(1564—1642)·天文学家