【天文5】伽利略追求科學真理 日心說勝利在望

媽咪說 知識就是力量 大家好 我是媽咪叔 上期咱們介紹了開普勒的生平 今天咱們來介紹伽利略 之前有朋友問爲什麼伽利略讀伽而伽羅瓦讀伽 都是一個字嘛 咱們就不要在意這些細節了 怎麼讀都可以 多音字嘛 習慣的力量 好 開始了 伽利略是1564年出生在意大利的比薩 同樣當時也沒有現在說的意大利 在意大利半島上 就是靴子形狀的半島 當時是一些意大利聯邦 比薩就在意大利半島的中部左右 1564年是哥白尼的日新說著作《天體運行論》發表的第21年 這一年蒂谷是18歲 還正在上大學 鼻子也還在 而開普勒還沒出生呢 哥仨都算是同一時期的 蒂谷比伽利略大了18歲 伽利略比開普勒大了7歲 伽利略在家裏是排行老大 長子 他們一共是哥六 他父親是一名著名的魯特琴手 音樂家 魯特琴就是中世紀一類樂器的統稱 一般認爲就是現在的吉他的前身 他父親叫做溫琴佐·伽利來 伽利略全稱就是伽利略·伽利來嘛 所以從小父親就告訴伽利略 說孩子你看這個琴 這個琴絃稍稍松一點或者緊一點 整體的音調就不準了 這種思想就在伽利略小的時候 就埋下了一顆科學的定量研究的種子 但是受到家庭和時代的影響 伽利略確實是一名虔誠的天主教徒 從小的夢想是要當一名傳教士 周遊四方 但他爸爸沒讓 只好去比薩大學學習醫學 還是那句話 當時學醫能掙錢 1581年17歲的伽利略在學醫期間 有一天他就發現 棚上的吊燈在風的吹動之下就開始擺動起來了 不是電燈啊 那時候沒有電燈的 就是插蠟燭的那種 然後他就下意識的用自己的脈搏估算了一下襬動的週期 他發現無論擺動的多劇烈 吊燈擺動的週期好像都是相同的 很快回家之後自己做了個實驗 做了個單擺 下邊栓個小球 把單擺從不同的位置讓小球下落開始擺動 結果發現只要擺長是相同的 無論從哪開始擺 擺動週期都是一樣的 其實這就是單擺 後來被惠更斯做成了歷史上第一個擺動 這就是伽利略在17歲的時候的發現 通過這件事伽利略也發現 我自己的動手能力和思考能力好像都不錯 他這種思維方式就特別適合學習數學和自然哲學 自然哲學就是當時的物理嘛 但是還是覺得學醫有出息 這個時候還是沒有下定決心 又有一天偶然聽到隔壁班在講幾何學 這一聽停不下來了 說這比學醫有意思多了 於是就回去和他父親說我要學習數學和自然哲學 我找到自己真正喜歡的東西了 他父親是不情願的答應了 但從此伽利略就像是開了掛一樣了 很快就設計出了各種小玩意兒 比如說伽利略設計出了最早的溫度計 就是通過液壓原理設計的溫度計 1586年他還出版了一本小冊子叫做《小天平》 在這個小冊子裏還設計了一款液壓秤 當時伽利略是22歲 不過已經是小有名氣了 伽利略對美術還很有研究 曾經擔任過美術老師 主要講透視法還有明暗搭配怎麼好看等等 1589年25歲的伽利略 就被任命爲比薩大學的數學主任 但是當時他在比薩大學的人緣並不是很好 爲啥這麼說呢? 因爲伽利略認爲亞里士多德的很多觀點都不對 當時的自然哲學教材主要講的就是亞里士多德的東西 這就相當於你說教科書不對 猶如先祖啊 主要有這麼幾點 第一 按照亞里士多德的觀點 他說兩個不一樣沉的鐵球從同一個高度下落 一定是沉的先落地 輕的後落地 伽利略則認爲兩個鐵球應該是同時落地 伽利略是這麼想的 如果按照亞里士多德的觀點 一個重的鐵球要比輕的鐵球先落地 那我要是把這兩個鐵球綁在一起 然後讓它做自由落體會發生什麼呢? 這個問題當時很多人答不上來 有人就認爲綁在一起下落的速度肯定會更快 因爲總重量是增加的嘛 另外也有人認爲 不對 下落的速度應該會比單獨的重的鐵球慢一點 比單獨的輕的鐵球要快 因爲相當於輕的鐵球拖拽着重的鐵球了 所以速度會變慢 伽利略說你看看吧 答不上來了吧 要我說就是同時落地 著名的比薩斜塔上的自由落體實驗 據說就是在這段時間做的 但是伽利略本人沒做過這個實驗 這個說法其實是伽利略的一個學生 在給伽利略寫的一本自傳裏面提到的 但是他倆認識的時候 伽利略早都已經不在比薩大學任教了 伽利略死的時候這個學生才20歲 後來歷史學家又考證了比薩大學所有的資料 也沒有資料顯示伽利略在比薩做過這個實驗 第二 伽利略是哥白尼日新說的忠實擁護者 他認爲地心說就是無稽之談 看這兩點恰好還是當時大學教的主要內容 伽利略都不按照課本講 然後經常和學生說亞歷斯多德說的不對 所以他就受到了各方的排擠 再加上1591年他父親去世 心情也不是很好 所以在1592年伽利略就離開了比薩 前往帕多瓦大學擔任幾何和天文學的教師 帕多瓦當時還屬於維尼斯共和國呢 伽利略離開比薩其實還有一個私人原因 就是你看伽利略雖然終身未娶 但是他卻有三個孩子 兩個姑娘一個男孩 就是私生子 這在當年是會受到歧視的 甚至孩子也會遭到歧視 女兒嫁不出去 所以兩個姑娘都去當修女了 最終還是他大女兒養老送終的 總之種種原因伽利略就來到了帕多瓦大學 1609年伽利略又發明了一個小東西 這個小東西可是畫時代的玩意兒 就是望遠鏡 其實望遠鏡不是伽利略最早發明的 它是改良的 1609年伽利略聽說荷蘭人那邊把兩塊透鏡放在一起 能夠看清遠處的東西 很快伽利略就去眼鏡店買了一塊凸透鏡和凹透鏡 然後用一個圓筒通過調整距離 發現真的可以看清遠處的東西 最開始做了一個3倍的望遠鏡 後來又做了一個30倍的望遠鏡 這件事兒在當時是讓伽利略名聲大噪 甚至驚動了皇家 大夥都覺得這東西新鮮沒見過 伽利略還因爲賣望遠鏡小賺了一筆 沒成想望遠鏡可是在天文學史上傍了大忙了 1609年也是開普勒的《新天文學》發表的一年 關於行星運動的第一第二定律人們也都已經發現了 但是它終究是理論上的成果 耳聽爲虛眼見爲實 這件事兒就得靠伽利略的望遠鏡了 伽利略首先觀測了一下月亮 他發現 哎 月亮居然是粗糙不平的 以往月亮和太陽在人們的心中 尤其是宗教信徒的心中都應該是完美的 亞里士多德就認爲月亮應該是半透明的完美球體 結果怎麼近距離一看也不完美 伽利略還畫下了一張月亮的全貌圖 1610年的1月份伽利略又把望遠鏡指向了木星 他發現在木星周圍有三顆用肉眼看不到的行星 有意思啊 他就把這三顆行星的位置記錄下來了 第二天又看了一眼 結果發現這三顆行星的相對位置發生變化了 不對啊 恆星天不應該是一成不變的嗎? 既然位置發生變化了 那就肯定不是恆星天的行星 一定也得是行星 又過了一天 發現這三顆行星又少了一顆 又過了幾天發現三顆變成了四顆 等等一系列的變化一下就蒙了 不過當他把手中的幾張圖連起來一看 恍然大悟 原來這四顆行星是圍繞着木星在旋轉的 其實這就是木星的衛星 我們現在知道 這四顆衛星只是木星衆多衛星中比較亮的四顆 木星到現在爲止已經至少發現了67顆衛星了 現在這四顆最亮的就統稱爲伽利略衛星 木衛體系的發現是讓伽利略確認了一件事 就是誰說地球必須得是宇宙的中心呢? 這四顆衛星就是圍繞着木星旋轉的啊 這讓他更加堅信了日心說是對的 伽利略還觀測了銀河 他發現銀河其實是無數顆星星在一起看起來的效果 後來他還觀測了金星、土星 他發現金星也具有幾乎和月亮一樣的相位 就是說金星也有陰晴圓缺 通過觀測數據表明了 地心說根本解釋不了 但卻更完美的支持了日心說 伽利略還發現了太陽黑子等等 總之望遠鏡給了伽利略一雙窺探宇宙的眼睛 種種跡象表明日心說確實是對的 所以伽利略在1610年初把自己的幾個主要發現 寫成了一本書叫做《星界信史》發表了出去 這本書再加上開普勒的新天文學 一時間讓天文學界炸開了鍋 這就是理論和觀測有理有據啊 什麼信仰了1000多年的地心說難道就要被推翻了嗎? 當然伽利略也遭到了惡人的舉報 他公開宣傳哥本尼學說 羅馬教廷很快就向伽利略發出了警告 但是伽利略絲毫沒有退縮的意思 1613年他又出版了《論太陽黑子》一書 這本書詳細的描述了太陽黑子的種種現象 並且認爲太陽和宇宙也並不是人們認爲的那樣完美 此時羅馬教廷覺得這事兒不好辦了 從1600年被處以火刑的布魯諾到現在的開普勒、伽利略 這幫人有點蹬鼻子上臉啊 日新說有點太猖狂了 於是在1616年羅馬教廷就決定追溯根源 就把哥本尼的《天體運行論》列爲禁書了 非法傳播者將受到嚴厲的制裁 伽利略一看咱們就先不聊哥本尼了 咱們來嘮嘮亞歷斯多德吧 1623年伽利略出版了《試金者》一書 主要就是抨擊亞歷斯多德的學說 伽利略在書中說 亞歷斯多德說的不對 我們要鼓勵實驗科學 應該用數學來支持科學理論 而不是靠猜測和臆想 其實就是旁敲側擊的支持哥本尼 這本書當時居然還得到了宗教的支持 主要也是當時羅馬的準教皇紅伊主教曾經是伽利略的好朋友 1630年這倆人一嘮嗑 他這個朋友就說我們也確實應該與時俱進 我宗教做事情也應該有理有據 伽利略一聽有機會就趕緊說了 那這樣 我還有一本書準備出版 我準備客觀的討論一下地心說和日心說 他這朋友就說你這樣不要寫的太直白 先在上邊查點嚴 要不然我這也不好辦 伽利略說 妥了 於是在1632年伽利略的又一本鉅著發表了 就是《關於托勒密和哥本尼兩大世界體系的對話》 這本書通過三個人物在四天之內的對話 有理有據的探討了日心說爲什麼正確 地心說爲什麼不正確 現在看來除了第四天討論的潮汐理論有誤 前三天的內容對之後的科學都產生了深遠的影響 這本書很快就在民間引起了巨大的反響 教會再也承受不住壓力了 此時他的教會的朋友已經是教皇了 那也幫不了他了 轉年1633年伽利略被傳喚到羅馬宗教裁判所受審 此時的伽利略已經69歲了 一個堅持真理的老人站在宗教裁判所的中央 受到了各種指控和侮辱 卑鄙無奈伽利略只好認罪了 當衆宣讀了認罪書 並且宗教將他的對話一書列爲禁書 從此不得傳播 其實伽利略一直宣稱自己是虔誠的天主教徒 他心裏確實也是這麼想的 但這點和他追求真理的精神是不相違背的 最終伽利略被處以終身軟禁 1634年伽利略回到了他在佛羅倫薩的老宅子 在那度過了餘生 1638年伽利略回首自己的一生 他把自己所有的科學理論、科學方法 寫成了一本書叫做《兩門新科學》 並且偷偷的在荷蘭發表了 同年伽利略雙目失明 格里利1642年伽利略逝世了 相年77歲 伽利略的逝世在某種程度上也就意味着 意大利的文藝復興就此終結了 科學中心也很快的從意大利轉移到了別處 他最終的《兩門新科學》這一書 揭開了近代科學的序幕 受到了愛因斯坦的盛讚 愛因斯坦還把伽利略譽爲現代科學之父 霍金也曾經說自然科學的誕生要歸功於伽利略 他所做的遠比別人多得多 那咱們最後再來總結一下伽利略的幾個主要貢獻 順序不代表重要性 都很重要 第一 伽利略通過《自知望遠鏡》 強有力的推動了哥白尼日秦說的觀點 現代觀測天文學從此誕生了 目位體系的發現也意味着地心術終結了 天文學的革命是基本落定 第二 伽利略推翻了亞里士多德的觀點 首次闡述了慣性定律 亞里士多德認爲力是維持物體運動的原因 而伽利略則認爲力是改變物體運動的原因 雖然只有兩字之差 但本質上卻千差萬別 就是如果一個物體不受力 則應該保持靜止或者勻速直線運動 這點後來就被牛頓重新表述並且廣爲流傳 伽利略雖然不一定做過自由落體實驗 但他一定做過斜面實驗 並且他推導出了物體下落的距離與時間的平方是成正比的 也就是說是做勻加速運動的 而不是亞里士多德說的勻速運動 第三 最主要的 伽利略打開了實驗科學的大門 物理學就是一門實驗科學 近代物理學也正式誕生了 在兩門新科學一書中伽利略這樣寫道 我們可以說大門已經向新方法打開了 這種將帶來大量奇妙成果的新方法 在未來的年代裏定會受到更多人的重視 今天可能天文的內容並不是主角 但我希望儘量能夠給大家還原一個真實的伽利略 可惜200多年之後1853年 伽利略的所有著作才從禁書的目錄當中完全被移除 即便如此也抵擋不了人們追求真理的熱潮 在伽利略逝世的一年之後 1643年在英國林肯郡的沃爾索普莊園 另外一個即將改變世界的偉人誕生了 這個人就是牛頓 好 那咱們下期來講牛頓的故事 每週一、三、五 B站、YouTube、微信公衆平臺不見不散 我是媽咪叔 一個較真兒的理工男 下期見 拜拜