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《关于两门新科学的对话》札记4:伽利略小传

已有 3291 次阅读 2022-2-12 18:09 |个人分类:近代科学|系统分类:科普集锦

 

《关于两门新科学的对话》札记4:伽利略小传.pdf


此博文是我为《关于两门新科学的对话》撰写的《伽利略学术小传》的节略本,省去了较多细节 (以后有机会再详细地聊一聊几个相关话题) 。关于伽利略的很多中文介绍中有诸多以讹传讹的内容。我在撰写《伽利略学术小传》时只参考了欧美科学史家的文献,主要是:

 

[1]          Stillman Drake. Galileo at Work: His Scientific Biography. University of Chicago Press, 1978. 

[2]       William R. Shea and Mariano Artigas. Galileo in Rome: The Rise and Fall of a Troublesome Genius. Oxford University Press, USA, 2004.

[3]         Jürgen Renn, Peter Damerow, Simone Rieger and Domenico Giulini.(2000)Hunting the White Elephant: When and How did Galileo Discover the Law of Fall? Science in Context, 13 (3-4):299 - 419.

[4]       Winifred L. Wisan. (1974). The new science of motion: a study of galileo’s de motu locali. Archive for History of Exact Sciences, 13(2-3):103-306.



 

1564 2 15 日,伽利略·伽利雷 (Galileo Galilei) 出生于意大利托斯卡纳大公国比萨 (Pisa) 市。他的一位卓越的祖先也叫做伽利略·伽利雷 (1370- 1445),是佛罗伦萨一位著名的医生、学者和高级官员。


科学家伽利略是家中长子,他父亲叫做文森佐·伽利雷 (Vincenzio Galilei1520-1591),是一位音乐家和音乐理论家。文森佐·伽利雷具有很高的数学和科学水平,而且不迷信权威;他通过实验的方式,反对和音 (consonance) 是由简单比值决定的古老观点。但他希望其长子将来做一位富裕且受人尊重的医生。于是,1581 年他把 17 岁的伽利略送进比萨大学学医。 

年轻的伽利略对医学并没有多大的兴趣。当时的医学课程还是以盖伦 (Claudius Galenus,公元 129-199) 和亚里士多德 (Aristotle,公元前384- 322) 的学说为基础。由于总是挑战亚里士多德信奉者的学说,伽利略很快就在他的教授中获得了叛逆的名声。 

1582-1583 年,伽利略遇到了他人生中的第一个学术带路人:奥斯蒂利奥·里奇 (Ostilio Ricci1540-1603) (这个里奇不是利马窦;令人不可思议地,国内有学者说利马窦教过伽利略几何) 。后者让伽利略接触到了欧几里 (约公元前 330- 275) 的几何学和阿基米德 (公元前 287 212) 的静力学 (mechanics,包括浮力和重心研究等) 。据说,里奇是一流数学家和机械学家塔塔里亚 (Nicolo Tartaglia1500-1557) 的学生,这意味着伽利略所读的极可能是后者用意大利文翻译的欧几里得《几何原本》和阿基米德著作。它们是伽利略学术工作的最重要基础。 

1585 年春天,伽利略在未获得学位的情况下离开了比萨大学。之后一段时间,他主要以在佛罗伦萨和锡耶纳 (Siena) 进行数学的私人授课为生,同时也开展力学和运动研究。 

1586-1587 年,伽利略用意大利文撰写了第一篇论文《天平》( La Bilancetta),它是关于浮力的研究,与阿基米德利用浮力确定合金成分的故事有关。在此期间,他开始用拉丁语撰写一篇关于位置运动的对话,这一工作在 50 多年的时间内逐渐演变为《关于两门新科学的对话》第三天第四天的内容。 

1587 年秋天,伽利略去了一趟罗马。他把对物体重心的研究论文,交给了当时罗马天主教会中最有学问的学者克里斯托佛·克拉乌 (Christo-pher Clavius1538-1612),并受到了后者的赏识。 

1588 年,伽利略又把他关于重心的研究论文寄给了贵族学者圭多巴尔多侯爵 (Guidobaldo del Monte1545-1607),后者认识到伽利略的才华并成为其早期的学术导师、合作伙伴和赞助者。这一年的另一个重要事件是,伽利略受邀在佛罗伦萨学院做了两场演讲,主要是关于佛罗伦萨诗人但丁 (Dante Alighier1265-1321) 所著《神曲》中炼狱的位置、结构和大小。有关机械或设备的强度问题,正是《关于两门新科学的对话》第一天第二天对话的核心内容 (一个超级巨大的地狱,是否能够真实存在?这个问题可能是伽利略写作的一个背景)

  1588-1589 年,伽利略的父亲文森佐通过实验证明,相同琴弦产生纯五度音的拉力之比是 4 : 9 而非 2 : 3。伽利略很可能参与了相关实验,他在此期间的一个注解中第一次提到单摆的现象。

 1589 年,伽利略获得了比萨大学的数学教授职位,他与比萨大学的合同只有 3 (1589-1592),之后没有再续签。 

关于伽利略在比萨大学任教期间的故事,流传最广的是比萨斜塔自由落体实验。关于这个故事,我们以后再讨论。

 在比萨大学任教即将结束时,伽利略最重要的科学工作是继续修订和完成了前面提到的论文《论运动》(在他去世前从未公开发表过)

 1591 年,由于父亲的去逝,伽利略的经济压力陡增。在圭多巴尔多等人的帮助下,伽利略得到了帕多瓦大学的数学教授职位。它离繁忙的威尼斯港口只有 25 英里。那里的学术氛围相当自由,伽利略在此度过了人生中最快乐的 18 (1592-1610)。为了增加收入,他开展了大量私人授课,授课对象中有不少是各国贵族子弟。

 根据现存文件,在帕多瓦的前期约十年 (1592-1599) 的时间里,伽利略的大部分精力用在了实际应用方面。威尼斯当局在 1593 年就开始咨询他有关军舰的应用问题。同一年,伽利略撰写了一篇简短的关于基本机械的论文《论力学》( Le Mecaniche),之后它被不断修改和扩充,特别是在 1600-1601 年被极大地扩充 (但在他生前没有正式出版过,国内有学者论证《远西奇器图说》部分内容出自此书,除非在国内找到了所依据的相应底本,


否则我对此有所怀疑)

 大约在 1595-1598 年,伽利略设计、改进和制造了他的几何与军事圆规,撰写了操作指南。(传教士罗雅谷 (Giacomo Rho1593-1638) 在中国翻译了《比例规解》一卷。国内有学者论证它译自伽利略几何与军事圆规的某一版操作指南,我对此也有所怀疑。) 

1599 年,伽利略与帕多瓦大学续签了四年合同。与他同居的威尼斯贫家女玛丽娜 (Marina Gamba,约 1570-1612) 分别在 16001601 1606 年生下两个女儿和一个儿子。 

可能在 1602 年早期,伽利略在圭多巴尔多的建议下开始通过实验研究单摆的运动,并在通信中向后者介绍了相关结果:单摆的运动周期取决于摆的长度,与摆球重量无关 (单摆的等时性)。但很可能到 1603 年末时,伽利略对自由落体运动的规律尚不清晰。 

1603 年,伽利略已经 40 岁。从这一年起,他间歇性地患有严重的慢性风湿病/关节炎疼痛。伴随他很久的另一种疾病是眼疾,可能从年少时就开始了,直至晚年时双目彻底失明。 

基于斜面实验(其现存手稿中的相关图解很可能都作于 1603-1605 年,并无定论) ,伽利略在 1604 年掌握了匀加速运动的时间平方定律和奇数定律,但他此时认为从静止开始的匀加速运动的速度与运动距离成正比。 

1604 10 月,很多人都用肉眼观测到天空中出现一颗亮度超过木星的新星(开普勒超新星) 。这颗新星引发了伽利略等人与亚里士多德学者之间的激烈论战。伽利略与亚里士多德学者之间的恩怨从此白热化。

 大约在 1606 年底或 1607 年初,伽利略发明了温度计。从 1607 年夏季开始,他转向研究流体静力学和材料的强度。前者在本书的多处讨论中都出现了,后者则构成了本书第二天的重要内容。

 1607 年底,伽利略重新开始撰写运动学论文,他终于将速度视为与空间、时间一样是可以连续变化的量,从而使匀加速运动的严格数学(几何) 处理成为可能。

 大概是在 1608 年的五六月份,伽利略开展了一个极其重要的运动学实验 (斜面运动 + 平抛运动) ,其结果记录在现存手稿 116 v 上。这页手稿是科学史上被研究得最多的实验记录之一,科学史家对它也是众说纷纭。国内对该实验似乎关注不多,但此处无法展开。

  1609 年早期伽利略所写的一封信件中可以看出,此时他已经掌握抛体运动的规律。但接下来发生的重要事件,使他的运动学研究几乎中断了。这一年的 7 月,伽利略在威尼斯听到了有关荷兰人发明望远镜(telescope 这个称呼是 1611 4 月才有的) 的传言。8 21 日,伽利略携带可放大 8 倍的望远镜回到威尼斯,并向达官贵人们进行了展示。 

1609 年末,伽利略制得了可放大约 20 倍的望远镜,随后在其工坊内制造成功了数十部。不知何时何因,伽利略把望远镜指向了天空。年底,具有极高绘画天赋的伽利略开始绘制月面图像。 

1610 1 7 日的晚上,伽利略看见木星伴随有三颗固定的星星 (fixed stars)。接下来的一周,他每天晚上都坚持观测,却发现它们其实是移动的。1 13 日,他看见了木星的第四颗卫星。之后,他才意识到这些星星实际上是木星的月亮(moon) 

1610 3 12 日,伽利略的天文学小册子《星际信使》( Sidereus Nuncius) 已经在威尼斯印刷。 

这一年,伽利略已经 46 岁了。在此之前,他就已经有回到故乡佛罗伦萨的打算。新任大公于 1610 7 10 日签署了对伽利略的任命,从此后者成为了托斯卡纳的宫廷数学家和哲学家。9 12 日,伽利略回到了佛罗伦萨。12 月,伽利略观察到了金星的相位变化,对他来说这是哥白尼学说的一个关键证据。 

1611 3 29 日,伽利略第二次抵达了罗马 (一路上继续观测和记录木星的卫星)4 25 日,伽利略正式成为由意大利贵族费德里科·切西 (Federico Cesi1585-1630) 创立的山猫学会 (Accademia dei Lincei,又译猞猁学会、林奇学会等),他毕生以此为荣。

 1612 年,伽利略完成了著作《论水中的物体》( Discourses on Bodies in Water Discourse on Floating Bodies)。他与哲学家们就浮力问题发生了激烈的争论。 

1613 年,在山猫学会的支持下,伽利略于罗马出版了他的《太阳黑子的通信》( Sunspot Letters Letters on the Sunspots)。这给他招致了一位强大的敌人:耶稣会教士克里斯托弗·席耐尔 (Christoph Scheiner1575-1650)。他们二人为谁最先发现太阳黑子发生了激烈的争论 (实际上,英国科学家托马斯·哈利奥特 (Thomas Harriott1560-1621) 早在 1610 年就发现并记录了太阳黑子) ,这成为伽利略与罗马教会人士关系恶化的重要因素。 

1615 12 月至 1616 7 月,伽利略又一次身处罗马。在此期间 2 26 日,伽利略被口头要求不能再以任何形式宣讲日心说和地动说。3 5 日,罗马教廷下令中止哥白尼著作《天球运行论》的流通。虽然伽利略在《太阳黑子的通信》中支持日心说,但他和他的著作都未受到牵连。此时影响力极大的红衣主教罗伯特·贝拉明 (Robert Bellarmine1542-1621) 和未来的乌尔班八世教皇马费奥·巴尔贝里尼(Maffeo Barberini1568-1644) 都是伽利略的支持者。

 1618 年数月内,欧洲上空连续出现三颗彗星,这引发了伽利略与其反对者关于彗星性质的长时间争论。

 1621 年,科西莫二世和罗伯特·贝拉明相继去世。

 1623 年,马费奥·巴尔贝里尼成为教皇乌尔班八世。伽利略在山猫学会的支持下出版了《试金者》( The Assayer),并把它题献给新任教皇。

 1623 4 月至 1624 6 月,伽利略第四次到访罗马,并受到新任教皇的多次接见。

 回到佛罗伦萨后,伽利略开始撰写《关于两大世界体系的对话》(他最初打算把这本书称为《论潮汐》,The Discourse on the Tides) ,直到 1629 年年底才完成。但由于各种原因,教会对该书的出版审查又颇费周折,导致它在 1632 2 月才印刷完毕。在此期间,伽利略于 1630 年又专程去了一趟罗马,但是他与教皇的关系已经大不如前。雪上加霜的是,他的有权势的支持者、年仅 45 岁的切西于 1630 8 月突然逝世。

 伽利略在教会中的敌人诬告,《关于两大世界体系的对话》的三位对话者中最愚笨的辛普里丘实际上是影射教皇。1632 8 月,《关于两大世界体系的对话》已被罗马宗教法庭重新审查。

 1633 2 月,身体欠佳、年近 70 岁的伽利略被强行要求前往罗马,并在那里被审判和定罪。

1633 6 22 日是最终的宣判日。伽利略跪着听完了判决书,接下来,他继续跪着复述一遍自己的罪行,签字认罪。他被判处监禁,但第二天即被改为软禁。他的《关于两大世界体系的对话》被列为禁书,而且不准再重印和出版其他任何作品。

 1633 7 月,伽利略被允许前往锡耶纳。在学生和朋友们的鼓励下,他又开始写作力学方面的对话,也就是后来出版的《关于两门科学的对话》。

 1633 12 月,他被允许回到阿切特里 (Arcetri,位于佛罗伦萨附近) 自己的住宅中。他的行动依然受到限制,但可以去看望附近修道院中的两个女儿。他钟爱的大女儿在几个月后病逝,这对他打击很大。

 

《关于两门科学的对话》现有内容在 1636 年已基本完成。颇费周折地,它于 1638 6 月在新教国家荷兰由出版商 Louis Elzevir 正式发行。此时伽利略已经失明。

 1639 年和 1641 年,文森佐·维维安尼和埃万杰利斯塔·托里拆利 (Evangelista Torricelli1608-1647) 相继来到伽利略的身边。他们既是他的学生,也是助手。

 1642 1 8 日夜晚,伽利略因病去世于阿切特里,身边至少有他唯一的儿子和两位学生。其中,维维安尼为了伽利略身后的荣誉几乎奉献了终生。

 大约一年之后,巨人中的巨人艾萨克·牛顿 (1643 1 4 -1727 3 31 ) 在英国的一个小村庄里出生。



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5 尤明庆 史晓雷 王安良 马德义 杨正瓴

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