科学思想漫谈——科学思想之父（伽利略评传）
伽利略评传
量子猫
如果说哥白尼是作为物理学重要组成部分的现代天文学的创始人，开普勒是作为物理学重要组成部分的天文学承前启后的巨星，那么，和开普勒同一时期的伽利略，就是经典物理学的创始人或开山鼻祖了。伽利略，也常常被称为“现代科学之父”。伽利略，是科学思想时空为数不多的一颗光辉四射的月亮。
伽利略（1564-1642）出生于意大利西部海岸比萨城的一个没落的名门贵族家庭，祖先曾经是很有名望的医生。父亲精通希腊文和拉丁文，对数学也很有造诣，在音乐方面很有才华，但靠音乐很难维持家庭生计，后来只好经商。伽利略从小受到了良好的家庭教育，聪明智慧，心灵手巧，对很多事物充满了强烈的好奇心。除了酷爱学习，还喜欢画画，弹琴，时常给弟弟妹妹做很多灵巧的玩具。12岁时，进入佛罗伦萨附近的瓦洛姆布洛萨修道院，学习哲学和宗教。17岁时，进了著名的比萨大学，按照父亲的意愿，当了医科学生。但伽利略对医学没有太大的兴趣，很少正儿八经上课，大量时间和主要精力，用在学习、钻研数学、物理学等自然科学，并且对亚里斯多德体系的臆想成分和逻辑上的不严格或缺陷，开始不断地提出质疑。
一天，伽利略来到他熟悉的比萨大教堂，坐在一张长凳上，目光凝视着雕刻精美的祭坛和拱形的廊柱，蓦地，教堂大厅中央的巨型吊灯晃动起来，那是修理房屋的工人们正在安装吊灯。吊灯像钟摆一样晃动，在空中划出圆弧。伽利略像触了电一样，目不转睛地跟踪着摆动的吊灯，同时，用右手按着左腕的脉搏，计算吊灯摆动一次脉搏跳动的次数，以此计算吊灯摆动的时间。结果，伽利略发现了一个秘密，这就是吊灯摆一次的时间，不管圆弧大小，总是一样的。书本上明明写着，摆经过一个短弧要比经过长弧快些，很少有人怀疑古希腊哲学家亚里士多德的这种说法。是自己的眼睛出了毛病，还是怎么回事？他像发了狂似的，找了不同长度的绳子、铁链，还有各种铁球、木球，重复做这个试验，用沙漏更精确记下摆动的时间。最后，伽利略不得不大胆地得出结论：亚里士多德的学说是完全错误的！决定摆动周期的，是绳子的长度，和它末端的物体重量没有关系。而且，相同长度的摆绳，摆动的周期是一样的。这样，伽利略通过实验，发现了摆的运动规律。尽管今天看来在严格的意义上并不成立（绝对真空才成立），但无可置疑地否定了亚里士多德的权威结论。后来的钟表，就是根据他发现的这个规律制造出来的。
这期间，伽利略的家庭陷入经济困境。虽然失学在家，帮父亲维持生意，但他仍旧刻苦攻读了欧几里德和阿基米德的许多著作，并发明了一种比重秤，还写了一篇论文，《固体的重心》。这时的伽利略，才21岁，已经名闻全国，被称为“当代的阿基米德”。当然，阿基米德，也正是他内心崇拜的偶像。1589年夏天，25岁的时候，他得到了比萨大学数学和科学教授的职位。1592年，28岁的时候，又转入帕多瓦大学任数学、科学和天文学教授。稳定的职业，使他的物理学研究，进入了黄金时期。
尽管文献记载，出生于比利时布鲁日的数学家和工程师西蒙.斯蒂文（Simon Stevin, 1548-1620），在1586年，已经通过两个重量相差十倍的铅球从同样高度同时下落的实验，否定了亚里斯多德的重物体比轻物体落的快的学说，并通过斜面实验提出了加速度的概念，还给出了重物下降的速度随时间的平方增加的准确的数学描述，但历史上鲜为人知。伽利略肯定是首先通过实验或思想实验证明了单摆运动与物体在光滑斜面上的下滑运动及自由落体运动相似，并通过大量的理想斜面实验或思想实验，把起源更早、大约于14世纪的距离随时间变化的速度或加速度概念，发展成了比较系统的匀速和加速运动理论，进而提出了作为运动学基础的惯性和运动的相对性概念。伽利略的惯性、匀速、加速运动理论，是牛顿第一、第二力学定律的基本图景。摆体运动，被后来的惠更斯进行更系统的研究，发展出离心力定律，并制作出了钟表，也为牛顿万有引力定律夯实了基础。运动的相对性概念，是爱因斯坦狭义相对论的出发点。
伽利略的另一个伟大贡献，是通过自制望远镜并不断改进，结束了几千年来天文学家单靠肉眼观察日月星辰的时代，把人类的视野更精确地投向更辽阔的太空。伽利略发现，月亮和地球一样，有高峻的山脉，也有低凹的洼地。从月亮上亮的和暗的部分的移动，还发现月亮自身并不能发光，只是反射太阳的光。银河是千千万万颗星星聚集一起，根本不是亚里士多德等一直认为的地球上的水蒸汽凝成的白雾。天空中的星团，像猎户座星团、金牛座的昂星团、蜂巢星团，也都是很多星体聚集一起的缘故。木星周围有环绕着它运动的卫星，还计算了它们的运行周期。还用望远镜观察到太阳的黑子，通过黑子的移动推断，太阳也是在转动的。这些无可辩驳的事实，证明地球在围着太阳转，而太阳不过是一颗普通的恒星。一个又一个振奋人心的发现，促使伽利略动笔写一本最新的天文学著作，1610年3月，伽利略的《星际使者》在威尼斯出版，立即在欧洲引起轰动。人们敬佩地说：“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙。”
尽管因证实、宣扬、传播哥白尼的“日心说”受到教会的残酷迫害，1636年，伽利略还是在监禁中偷偷地完成了他一生中另一部伟大的著作，《关于两种新科学的对话》，全面总结了自己的力学和运动规律，于1638年在荷兰出版，从根本上否定的亚里士多德的运动学说。
伽利略继承并发扬了阿基米德、欧几里德从观察经验中分析归纳出规律的思想，有意识的设计实验验证和发展自己的理论，并设计、制作工具扩大观察的范围和提高观察的精度，打开了人类认识的新的天空，使物理学研究进入了真正意义上的科学时期。人们的对自然世界的认识除了观察分析和有根据的猜想之外，还必须通过有目得的实验进行检验，以此保证知识的严格性和逻辑的正确性。这标志着科学思想的成熟，并很快渗透到社会生活和事物的各个层面，不仅促进了化学、生命科学的产生和发展，也通过以核心成员为主体的松散的学会组织，成为了一些不同于传统经院哲学和神学的新的科学院的思想核心。如17世纪下半叶建立的伦敦皇家科学院、巴黎科学院以及后来在柏林、斯德哥尔摩、圣匹德堡、佛罗伦萨等城市建立的科学院。那个时代，如果不知道伽利略，就像今天不知道爱因斯坦一样。
同时，伽利略也从自己长期的研究体验中，从对阿基米德和亚里斯多德体系的比较认识中，提出了新的认识论。关于世界的基本存在问题，他认为只有可以“量”化的“质”才是有意义的，这也可以看作是现代量子概念的一种朴素说法。伽利略的认识论，可以看作是现代哲学的基本特征，即哲学是对以“实证”为基础的具体科学的总结并用于回答基本的存在问题，这不同于亚里斯多德为代表的以观察分析和猜想为基础并进行逻辑演绎的古希腊哲学，这种认识在笛卡尔和康德那里被“发扬光大”。
（摘自正在写作的《科学思想漫谈：太阳、月亮和星星之二，经典物理学的建立和科学思想的形成》）