打开宇宙和星空的“科学之父” 伽利略发明和发现的一生

2018-06-19

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文章简介：伽利略是一个全能型的科学家,他在力学.天文学.哲学等多个科学领域都取得了重要的研究成果,成为现代观测天文学.物理学以及现代科学最重要的奠基人.伽利略是一个严谨的实验科学家,他的每一个研究成果都有科学实验做支撑,因此,伽利略一生有许多著名的实验,一起来看看.伽利略·伽利莱(Galileo Galilei,1564年2月15日-1642年1月8日),意大利物理学家.数学家.天文学家及哲学家,科学革命中的重要人物.其成就包括改进望远镜和其所带来的天文观测,以及支持哥白尼的日心说.伽利略做实验证明,感受

伽利略是一个全能型的科学家，他在力学、天文学、哲学等多个科学领域都取得了重要的研究成果，成为现代观测天文学、物理学以及现代科学最重要的奠基人。伽利略是一个严谨的实验科学家，他的每一个研究成果都有科学实验做支撑，因此，伽利略一生有许多著名的实验，一起来看看。

伽利略·伽利莱（Galileo Galilei，1564年2月15日－1642年1月8日），意大利物理学家、数学家、天文学家及哲学家，科学革命中的重要人物。其成就包括改进望远镜和其所带来的天文观测，以及支持哥白尼的日心说。伽利略做实验证明，感受到引力的物体并不是呈匀速运动，而是呈加速度运动；物体只要不受到外力的作用，就会保持其原来的静止状态或匀速运动状态不变。

他的工作，为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。1609年8月21日，伽利略展示了人类历史上第一架按照科学原理制造出来的望远镜。1642年1月8日卒于比萨。伽利略被誉为“现代观测天文学之父” 、“现代物理学之父” 、“科学之父” 及“现代科学之父”。

1564年2月15日，伽利略·伽利雷出生在意大利西海岸比萨城一个破落的贵族之家。据说他的祖先是佛罗伦萨很有名望的医生，但是到了他的父亲伽利略·凡山杜这一代，家境日渐败落。凡山杜是个很有才华的音乐家，生前出版过几本牧歌和器乐作品，他的数学也很好，精通希腊文和拉丁文和英语，但是美妙的音乐不能填饱一家人的肚皮，他的数学才能也不能给他谋到一个好职位。大约在小伽利略出生不久，凡山杜在离比萨城不远的佛罗伦萨开了一间卖毛织品的小铺子，这完全是不得已的办法。但是为了维持一家人的生活，凡山杜只好违背自己的意愿去经商。

父亲对儿子寄予很大希望。他发现，小伽利略非常聪明，从小对什么事物都充满强烈的好奇心。不仅如此，这个孩子心灵手巧，他似乎永远闲不住，不是画画，就是弹琴，而且时常给弟弟妹妹做许多灵巧的机动玩具，玩得十分开心。小伽利略最初进了佛伦勃罗萨修道院的学校。在这所学校，他专心地学习哲学和宗教，有段时间，小伽利略很想将来当一个献身教会的传教士。但是凡山杜听到这个情况后，立即把儿子带回家，他劝说伽利略去学医，这是他为儿子的未来早已设计好的一条路。

伽利略望远镜(Galileo telescope)是指物镜是凸透镜(会聚透镜)而目镜是凹透镜(发散透镜)的望远镜。伽利略1609年发明了人类历史上第一台天文望远镜。他先观测到了月球的高地和环形山投下的阴影，接着又发现了太阳黑子，此外还发现了木星的4个最大的卫星。自那以后，科学技术已经获得了长足进步，光学技术的腾飞促使科学仪器不断更新。当今最先进的地面望远镜具有庞大的结构，直径达10米的灵活转动镜片。然而，现代高级的天文望远镜都是在前人基础上发展起来的。

1609年的秋天，身兼帕多瓦大学数学、科学和天文学教授的伽利略，制作出了一个放大倍数为32倍的望远镜。伽利略将镜头首次对准了月球，这是人类首次对月面进行科学观测。

1610年1月7日，伽利略发现了木星的四颗卫星，为哥白尼学说找到了确凿的证据，标志着哥白尼学说开始走向胜利。借助于望远镜，伽利略还先后发现了土星光环、太阳黑子、太阳的自转、金星和水星的盈亏现象、月球的周日和周月天平动，以及银河是由无数恒星组成等等。这些发现开辟了天文学的新时代，近代天文学的大门被打开了。

《伽利略斜塔实验》中的故事发生在1589年，这段时期的科学研究非常活跃，有很多崭新的科学发现。这时的伽利略刚刚26岁，已经是比萨大学的教授了。他非常热衷于做实验，因为实验能帮助他了解各种现象的内在规律。据说，伽利略就是通过比萨斜塔实验，证明自由下落物体的运动规律的。其实，历史学家们也无法确定，比萨斜塔实验是否真的存在，因为现在已经没有真正的目击者了。

在这个故事中，伽利略和马斯莫通过比较两个自由下落物体的速度，来证明物体的速度是否与其重量有关。亲爱的小读者，你们不妨也做个小实验吧!物体下落的高度越高，结果就越清晰，看看它们是否是同时落地的。不妨多拿几对物体，多做几次实验。如果它们是同时落地，那么就说明它们的下落速度一定是相同的。

伽利略还做过另外一个实验，就是球体在坡路上的运动，并对球体的速度进行了测定。他发现，当球体顺着坡路向下滚动时，速度会越来越快，导致速度变化的因素叫做"加速度"。通过仔细观察和认真实验，伽利略有很多重大发现。今天，人们一致认为，伽利略是近代科学的奠基人之一。

伽利略通过科学推理，认为：如果一切接触面都是光滑的，一个钢珠从斜面的某一高度A处静止滚下，由于只受重力，没有阻力产生能量损耗，那么它必定到达另一斜面的同一高度C，如果把斜面放平缓一些，也会出现同样的情况，如D、E的高度，如果斜面变成水平面，则钢珠找不到同样的高度而会一直保持一种运动状态，永不停止运动下去。

在轨道的一边释放一颗钢珠，如果不存在摩擦力，钢珠将上升到与原来的释放高度相同的点。若将倾斜角减小，钢珠也上升到原来的高度，但通过的路程更长。假设轨道为水平，钢珠再也达不到原来的高度，如果不存在摩擦力，将永远运动下去。

由此推断，物体在水平面上做匀速运动不需要外力来维持。

亚里士多德(公元前384-322年)曾经断言:物体从高空落下的快慢同物体的重量成正比，重者下落快，轻者下落慢。直到16世纪，伽利略才发现了这一理论在逻辑上的矛盾。为了证明这一观点，1589年的一天，比萨大学青年数学讲师，年方25岁的伽利略，同他的辩论对手及许多人一道来到比萨斜塔。伽利略登上塔顶，将一个重100磅和一个重一磅的铁球同时抛下。在众目睽睽之下，两个铁球出人意料地差不多是平行地一齐落到地上。面对这个无情的实验，在场观看的人个个目瞪口呆，不知所措。

这个被科学界誉为“比萨斜塔试验”的美谈佳话，用事实证明，轻重不同的物体，从同一高度坠落，加速度一样，它们将同时着地，从而推翻了亚里士多德的错误论断。这就是被伽利略所证明的，现在已为人们所认识的自由落体定律。“比萨斜塔试验”作为自然科学实例，为实践是检验真理的惟一标准提供了一个生动的例证。

在物体运动原因的研究中，长期以来人们的经验是，要改变一个静止物体的位置，必须推它、提它或拉它。因此人们直觉地认为，物体的运动是与推、提、拉等动作相联系的，深信要使一个物体运动得更快，必须用更大的力推它、提它或拉它，当推、拉物体的力不再作用时，原来运动的物体便静止下来。根据这类经验事实，亚里士多德得出结论：静止是水平地面上物体的“自然状态”或“自然本性”，必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止下来。然而，亚里士多德的这个结论是错误的，并且由于亚里士多德的权威，这种错误认识被维持了近两千年。直至三百多年前，伽利略才创造了有效的方法和技术，发现了正确的线索，揭示了现象的本质。

伽利略认识到，将人们引入歧途的是摩擦阻力，而这又是人们在日常观察物体运动时难以完全避免的。伽利略注意到，当一个球沿斜面向下滚时，它的速度增大，而向上滚时，它的速度减小。由此他推论，当球沿水平面滚动时，它的速度应不增不减。实际上他也发现，球愈来愈慢，最后停下来。伽利略认为，这并非是它的“自然本性”，而是由于摩擦阻力的缘故，因为他同样还观察到，表面愈光滑，球便会滚得愈远。于是他推论，若投有摩擦阻力，球将永远滚下去。

有一次，伽利略站在比萨的的天主教堂里，眼睛盯着天花板，一动也不动。他在干什么呢？原来，他用右手按左手的脉搏，看着天花板上来回摇摆的灯。他发现，这灯的摆动虽然是越来越弱，以至每一次摆动的距离渐渐缩短，但是，每一次摇摆需要的时间却是一样的。于是，伽利略做了一个适当长度的摆锤，测量了脉搏的速度和均匀度。从这里，他找到了摆的规律。钟就是根据他发现的这个规律制造出来的。

家庭生活的贫困，使伽利略不得不提前离开大学。失学后，伽利略仍旧在家里刻苦钻研数学。由于他的不断努力，在数学的研究中取得了优异的成绩。同时，他还发明了一种比重秤，写了一篇论文，题目为《固体的重心》。此时，21岁的伽利略已经名闻全国，人们称他为“当代的阿基米德”。在他25岁那年，比萨大学破例聘他当了数学教授。

1615年冬季的一天，天气寒冷异常，天空笼罩着阴沉的乌云，伽利略孤身一人来到罗马。5年前的1610年，伽利略告别了帕多瓦大学，回到佛罗伦萨，担任了托斯坎尼公国的宫廷数学家和哲学家，兼任比萨大学的数学教授。也就在这年，他曾经访问过罗马，受到热情的接待和规格很高的礼遇。他在天文学上一系列新发现和望远镜的发明，受到罗马教皇保罗五世的重视，罗马的贵族和科学家也以结识他而感到荣耀。可是，仅仅事隔5年，罗马的脸孔完全变了，没有鲜花和笑脸，到处是冷漠的没有表情的面孔，连熟悉的人也像躲避瘟疫似地离他远远的。