阿基米德 伽利略 牛 頓 愛因斯坦
　

伽　利　略

（Galileo galilei）

文：小罐子老師

　
「我認識的伽利略精神，是向任何以權威為基礎的教條展開熱烈戰鬥」

-愛因斯坦

 比薩斜塔的落體實驗

古希臘最著名的哲學家—亞里斯多德的學說在十六世紀時如日中天，人人都奉為經典，沒有人提出任何的懷疑。而亞里斯多德關於「自由落體」的學說是：「物體自高處自由落下的速度和重量成正比」。也就是說，一個十磅重的物體，下墜的速度會比一磅重的物體快十倍。這個學說表面上看來，似乎很合理，而且人人也都相信以亞里斯多德的智慧是不可能犯錯的。但是有一個人發現了這個理論錯了，他決定用公開實驗的方式來印證他的發現。

他在比薩斜塔的各樓層安排了實驗者，讓他們分別把一對大小不等的重物自由落下。「砰！」的一聲，重一磅和重十磅的鐵球同時接觸到地面，圍觀的群眾中出現了不小的騷動，雖然實驗證明了一切，現場也有許多教授、學者目睹了這個實驗，但是沒有掌聲、也沒有歡呼，因為在當時保守而固執的學風下，很多人不承認：被羅馬教會封為「聖人」的亞里斯多德的理論竟然會出現錯誤。

這個人沒有和現場的人作太多的爭辯，不過他卻堅持用這種「實驗科學」的態度，面對未來的人生道路。他就是近代實驗科學的奠基者—伽利略，那年他只有26歲。

求學之路

西元1564年伽利略誕生在義大利比薩城的一個沒落貴族家庭裡，這一年距離波蘭天文學家哥白尼去世已有21年，距離英國物理學家牛頓誕生尚有78年。伽利略的父親—文森西奧•伽利萊，是一位音樂家，對於數學、拉丁文、希臘文也有很高的造詣，可是這些學問都沒有讓他為家庭帶來財富，反而是後來經商從事羊毛的買賣才改善家境困窘的局面。正因為這樣，父親決心不讓伽利略成為一個音樂家或數學家，因為這兩項職業在義大利是不太容易生活的；在父親的刻意引導下，18歲的伽利略進入比薩大學習醫。

在比薩大學裡，伽利略經常對教授們陳腐以及無實證基礎的理論加以質疑，教授們也對這位愛爭吵的學生貼上一個「怪物」、「壞學生」的標記，不過伽利略除了專業的科目之外，還是依照學校的規定，大量的研讀了亞里斯多德的著作，因為13世紀末，亞里斯多德的理論和教會的神學權威結合在一起，產生密不可分的關係，亞里斯多德被視為「聖人」、「眾人之師」，他的理論被視為「絕對真理」，不容否定和懷疑。

這個時期的伽利略雖然會質疑某些陳腐的觀念，並獨立思考，但並不具備實證科學的基礎知識，一直到他遇到他生命中的導師—李奇。李奇是托斯卡納公國（當時比薩城的統治者）的宮廷教師，伽利略在偶然的機會中聽到李奇的數學講課，從此對算術、幾何學著迷不已，因為數學是富於邏輯性的科學，沒有因為就沒有所以；沒有證明就沒有結論，而李奇也知道伽利略在數學方面的天分，因此也頃囊相授。伽利略很快掌握了數學這項科學研究的重要工具，為日後研究奠下堅實的基礎。同時，他也養成不會輕易接受任何僅憑推想，而沒有經過證明的理論。

比薩大教堂的吊燈

在醫學院求學的伽利略，有一天在比薩大教堂作禱告，突然發現教堂天花板的吊燈在擺動，他凝視這盞左右擺動的吊燈，右手指按住左腕的脈博，心裏默默的計算燈火擺動的次數，他發現它們之間有固定的關係，於是伽利略進一步實驗研究單擺的性質，結果發現單擺的長度改變，擺動的週期就不一樣；但是擺錘的重量、擺幅的大小和擺動的週期無關，這就是「擺錘等時性原理」。這發現在當時是一項創舉，那時伽利略還不滿20歲。後來，伽利略再利用擺的原理，製作了一種儀器「計脈器」，可以用來測病人的脈搏次數，日後又有另一位科學家—海更斯根據這個定律，發明了時鐘。

由於有了這樣的發明，以及對數學、物理學的濃厚興趣，因此，大部分的時間，他專心研究歐幾里德和阿基米德的理論，便逐漸荒廢醫學課業，成績相當差，他的父親知道後非常憤怒，不再供給他求學的費用，伽利略只好中途輟學，離開比薩大學。

回到比薩大學任教

儘管伽利略醫學院沒畢業，但是由於他的發明、發現，以及他回鄉後又發表了兩篇論文：一篇是關於自己發明的比重秤；一篇是關於固體的重心。這兩篇論文的評價相當高，加上恩師李奇的大力推薦，終於讓他謀得一份工作，就是回到母校比薩大學擔任數學教授。「比薩斜塔的實驗」正是他在比薩大學擔任教授時的有名實驗。這個實驗完沒多久，伽利略又向亞里斯多德的另一項理論挑戰，經由實驗他推翻了亞里斯多得所謂「物體運動是因外力作用，沒有外力，物體就會靜止下來；作用力越大，物體運動速度越快」的說法，伽利略指出：運動不需外力來維持，如果沒有外力作用，該物體將永遠保持原有的運動狀態。後來牛頓根據這一理論基礎總結出：牛頓第一運動定律，也就是「慣性定律」。

 帕多瓦大學的研究

1592年，伽利略在朋友的推薦下來到北義大利的威尼斯共和國，帕多瓦大學擔任數學教授。帕多瓦大學是個自由思想氣氛濃厚的大學，伽利略喜愛實證的研究精神，在這裡得到充分的發揮。

他主要研究地面上物體的運動、拋體運動，並整理出運動三大公式，這些都成為後來研究物體運動的基礎。

伽利略也根據熱漲冷縮的原理，發明了溫度計，他用一支玻璃管，裡面注滿了水，隨著氣溫的變化，水位會上升下降。現代的水銀溫度計是托里切利所發明，和當時伽利略的發明已經大不相同，不過基本的構造和運用的原理，還是得歸功於伽利略的發明巧思。而且托里切利也是伽利略的學生喔！此外伽利略還經常接受委託，研究有關軍事、機械、玻璃等工程上的技術問題。

由於這些驚人的研究成果，吸引了眾多的學生從歐洲各地來聽他講課，人數有時竟超過上千人，教室越換愈大，最後乾脆利用戶外的空地講課，這時的伽利略已經成為當時歐洲相當有名聲的科學家。

伽利略式的測溫器

改良望遠鏡

西元1608年，有一位荷蘭的光學家，無意之中將兩張玻璃片組合起來，竟能將遠處的景物，看得好像就在眼前一樣。這項驚人的發現，立刻吸引了伽利略的注意。根據他的推想，望遠鏡的兩個透鏡必須一個是凸透鏡，一個是凹透鏡。於是，他成功的製造了一個能放大兩三倍的望遠鏡。之後，伽利略又不斷改進，最後竟然製造出一架可以放大20倍的
伽利略式望遠鏡

望遠鏡。他送了一架給威尼斯的市議會，市議會對他的成就非常驚奇，不得不對這位傑出的物理學家刮目相看，立刻決議增加他的薪水，並且聘他為帕多瓦大學的終身教授，這是許多教授夢寐以求的身份。

以往人們對天空有了疑問只能請教權威或書本，因為沒有工具可以直接觀察星空。伽利略大概沒想到吧！他對望遠鏡的改良，直接影響了人類天文學的發展，但是也幾乎為他惹來殺身之禍。

觀察星空、解開奧秘

在一個晴朗的夜裏，伽利略用望遠鏡去觀察月亮。那個時候，人們依照亞里斯多德的學說及聖經的教義，認為月亮是完美無缺的，而表面是完全光滑的銀白色。可是伽利略透過改良的望遠鏡，發現月亮和地球一樣，有高山也有深谷，既不平滑，也不光潔；他又用這架望遠鏡去看銀河，發現銀河也是由無數的小星球組合而成，根本不是什麼「霧氣」。

1610年1月，他把望遠鏡指向木星，發現木星有四個衛星，就像是地球的衛星—月亮一樣。可是這一連串的發現，並沒有贏得其他教授們的相信，他們不願意去看伽利略製成的望遠鏡，總以為那根管子裏頭，一定藏有「魔術」。總而言之只要是和亞里斯多德的學說不同，便是斜門歪道。

在伽利略用望遠鏡指向天空的一百年前，哥白尼教士便曾指出：假如肉眼銳利的話，可以看得見金星也跟月亮一樣有盈虧，伽利略用望遠鏡證實了哥白尼的見解是正確的—顯然金星是繞著太陽轉的，而不是繞著地球轉的。

伽利略又用望遠鏡去觀測太陽，這是從來沒有人做過的怪事。更奇怪的是他居然看見太陽的表面有黑點，而且這些黑點不停的在移動、在改變，漸漸的又消失了。這發現擊碎了天體是完美的臆測，而且證明太陽本身在旋轉。

著書立言、挑戰權威

有了這些大發現，伽利略開始把發現寫下來。在1610年出版的《星際使者》和1612年出版的《關於太陽黑子的信札》，都成了當時歐洲天文界轟動的著作，內容也是當代天文學的大突破。他否定了亞里斯多得「天體是完美無缺」的觀念、並推翻古代學者托勒密的「地球是宇宙中心」（天動說）的理論，並推崇哥白尼的學說（地動說）。論文發表後立即引來教會和守舊派人士的反感和攻擊。教會為了鞏固權威於1616年宣布：「哥白尼學說為異端，地動說違背聖經教義，不得任意傳授與公開談論」。伽利略鑑於以前有位學者—布魯諾，因為主張哥白尼的學說而被活活燒死，因此也就停止宣揚他的想法。

1622年伽利略的好朋友—烏魯班八世即位，成為羅馬新教皇。伽利略心想機會來了，於是他開始撰寫《關於托勒密和哥白尼宇宙論的對話》，這本書在1632年出版，表面上是以對話的形式，來解說兩種宇宙論的觀點，實際上則是宣揚哥白尼的地動說。這書完成的隔年，伽利略就被押到羅馬宗教法庭總部，並被指控為「反對教皇、宣傳異端」的罪名，可憐的伽利略在布魯諾被燒死的陰影、和不堪身心折磨的情況下，終於口頭上承認自己學說的錯誤，並接受無限期在家監禁的處罰，直到教會滿意為止。

伽利略精神不死

儘管遭到軟禁，伽利略研究的精神依然旺盛，他在家開始撰寫《新科學對話》這本書，書中將自己年輕時的研究詳細寫下，成為後世研究科學的寶典，這時他已經是74歲的老人了，雙眼也完全失明。

1642年伽利略永遠閉上眼睛，離開人世。但是同一年，牛頓在英國誕生，牛頓說他是站在巨人的肩膀上，才有如此偉大的成就。而伽利略就是這巨人的其中之一。

1984年，天主教教宗若望保祿六世公開發表談話，承認當年教會迫害伽利略的行為是錯誤的，伽利略長達300年的冤屈終於獲得洗雪。