导读:在世界上最有影响力的100人中,伽利略排名第13。我个人觉得这个排名甚至有点低,伽利略至少可以排进前十。为什么这么说,可以看看下文。

很大人不了解伽利略的感情生活,其实他是一个有血有肉的人。伽利略是有老婆,有孩子的。最终他们分手了。当然历史已成为过去,我们无法得知伽利略是否是个好丈夫。但他沉迷于科学事业,冷淡妻子的说法,应该靠谱。

伽利略详细科学贡献(不要忘记这个为了科学在人类历史上独自抗争的人)(1)

一个秋天,伽利略正在从事着改进望远镜的工作,寒冷而潮湿的气候使他的关节炎经常发作,但是这也不能阻挡他。玛丽娜和孩子们很少见到他的面,伽利略几乎把全部时间都用来制作望远镜了。一个比一个做得好,但是他的感情悲剧的日子也终于到来了。玛丽娜对这种缺少感情生活的寂寞日子再也忍受不下去了。她觉得伽利略除了谈论科学以外,很少跟她讲话,她对他已经感到厌倦。她是一个普通的女人,需要的是一个普通的丈夫。他们俩就这样分手了。

  伽利略的大女儿进了修道院后成为玛丽亚·切莱斯特修女。她与她的妹妹未成年时就被父亲送进修道院。个看来是冷酷的、不近人情的安排其实是深具爱心的。除了家境困顿与健康原因外,伽利略这么做是为了让她们能平安生活。他很早就明白自己的才华和发现会遭到妒忌者的攻击。他必须让自己柔弱的女儿躲避尘世间的狂澜大波,修道院成了庇护所。如此安排,也让伽利略在追求科的坎坷之路上,时时得到父女心灵交融的慰藉。

伽利略详细科学贡献(不要忘记这个为了科学在人类历史上独自抗争的人)(2)

  伽利略的智慧更多地表现为他处世方法的狡黠。作为科学家,他力求自己的发现以实证的方式让世人了解与接受。但是,哥白尼著作的被禁、布鲁诺的被烧死让他明白,以心说”代替“地心说”的过程异常凶险。他必须以委婉曲折的办法让真理取代谬误。于是他不惜让科学观察的结果为贵族的虚荣心充当奴仆。为了出版他的研究著作,他在序言中阿谀奉承之词读来令人肉麻,简直让人怀疑他是个拍马屁的小人。这是他追逐名利和求得研究成果流传人世复杂心态之表现,有着不惜委曲求全的执着。他的发明、智慧与谦恭帮助他获得了会地位,也结交了一些贵族、有权势的宗教界人士。

伽利略详细科学贡献(不要忘记这个为了科学在人类历史上独自抗争的人)(3)

教皇乌尔班八世在还是红衣主教身份时就成为他的好朋友,继位成为教皇后,也多次接见他。尽管如此,他还是摆脱不了悲剧的命运,那本被斥为“异端的《对话》,出版前就多次被审查,反复修改后才获准开印。但最终还是因为《对话》,70岁的伽利略在宗教法庭前蒙羞承辱,违心地低头认罪。

伽利略1633年以“反对教皇、宣扬邪学”被罗马宗教裁判所判处终生监禁。被宗教法庭定罪以后,早年的力学研究再次成为他的主要工作。

1638年以后,双目逐渐失明,晚景凄凉 。

1642年1月8日逝世。三百多年后,1979年11月10日,罗马教皇不得不在公开集会上宣布:1633年对伽利略的宣判是不公正的。1980年10月又提出重审这一案件,并在罗马组成一个包括不同宗教信仰的世界著名科学家委员会来研究伽利略案件的始末,研究科学同宗教的关系,研究伽利略学说的科学价值及其对现代科学思想的贡献。可以说在伽利略死后,他的案子得到了世界人民的支持。

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伽利略1564年生于比萨。

“近代科学之父”伽利略·伽利雷(8张)

伽利略自幼受父亲的影响,对音乐、诗歌、绘画以及机械兴趣极浓;也像他父亲一样,不迷信权威。17岁时遵从父命进比萨大学学医,可是对医学他感到枯燥无味,而在课外听著名学者O.里奇讲欧几里得几何学和阿基米德静力学,感到浓厚兴趣 。伽利略孜孜不倦地学习数学、物理学等自然科学,并且以怀疑的眼光看待那些自古以来被人们奉为经典的学说。

伽利略(Galileo Galilei,1564-02-15-1642-01-08)。意大利数学家、物理学家、天文学家,科学革命的先驱 [1] 。伽利略发明了摆针和温度计,在科学上为人类作出过巨大贡献,是近代实验科学的奠基人之一。

历史上他首先在科学实验的基础上融汇贯通了数学、物理学和天文学三门知识,扩大、加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识 。伽利略从实验中总结出自由落体定律、惯性定律和伽利略相对性原理等。从而推翻了亚里士多德物理学的许多臆断,奠定了经典力学的基础,反驳了托勒密的地心体系,有力地支持了哥白尼的日心学说 。他以系统的实验和观察推翻了纯属思辨传统的自然观,开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。因此被誉为“近代力学之父”、“现代科学之父”。其工作为牛顿的理论体系的建立奠定了基础 。

伽利略倡导数学与实验相结合的研究方法,这种研究方法是他在科学上取得伟大成就的源泉,也是他对近代科学的最重要贡献 。

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伽利略认为经验是知识的唯一源泉,主张用实验—数学方法研究自然规律,反对经院哲学的神秘思辨。深信自然之书是用数学语言写的,只有能归结为数量特征的形状、大小和速度才是物体的客观性质。他是利用望远镜观察天体取得大量成果的第一人。

伽利略对17世纪的自然科学和世界观的发展起了重大作用 。从伽利略、牛顿开始的实验科学,是近代自然科学的开始 。

伽利略摒弃神学的宇宙观,认为世界是一个有秩序的服从简单规律的整体,要了解大自然,就必须进行系统的实验定量观测,找出它的精确的数量关系。

基于新的思想,伽利略倡导了新的方法(数学-实验方法)。用数学方法研究物理问题,原非伽利略首倡,可以追溯到公元前3世纪的阿基米德,14世纪的牛津学派和巴黎学派以及15、16世纪的意大利学术界,在这方面都有一定成就,但他们并未将实验方法放在首位,因而在思想上未能有所突破。伽利略重视实验的思想可见于1615年他写给克利斯廷娜公爵夫人的一封信上的话:“我要请求这些聪明细心的神父们认真考虑一下臆测性的原理和由实验证实了的原理二者之间的区别。要知道,做实验工作的教授们的主张并不是只凭主观愿望来决定的。”

伽利略的数学与实验相结合的研究方法,一般来说,分三个步骤:①先提取出从现象中获得的直观认识的主要部分,用最简单的数学形式表示出来,以建立量的概念;②再由此式用数学方法导出另一易于实验证实的数量关系;③然后通过实验来证实这种数量关系。他对落体匀加速运动规律的研究便是最好的说明。

伽利略对于惯性的研究,对人类影响很大。惯性原理和力与加速度的新概念。推动重物时需要的力大,而推动轻物时需要的力小,是

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伽利略·伽利雷人们的直觉经验。亚里士多德据此得出普遍性的结论:一切物体均有保持静止或所谓寻找其“天然去处”的本性,认为“任何运动着的事物都必然有推动者”,并用比例定律把动力与速度联系起来。伽利略则得出新的概念,他观察到一个沿着光滑斜面向上滑动的物体,因斜面的斜角不同而受到不同程度的减速,斜角越小,减速越小。如在无阻力的水平面上滑动,则应保持原速度永远滑动。

因而得出这样的结论:“一个运动的物体,假如有了某种速度以后,只要没有增加或减小速度的外部原因,便会始终保持这种速度——这个条件只有在水平的平面上才有可能,因为在斜面的情况下,朝下的斜面提供了加速的起因,而朝上的斜面提供了减速的起因;由此可知,只有在水平面上运动才是不变的”(《两门新科学的对话》,第三天,问题9,假设23)。这样,伽利略便第一次提出了惯性概念,并第一次把外力和“引起加速或减速的外部原因”即运动的改变联系起来。

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与前述的匀加速运动实验结合在一起,伽利略提出了惯性和加速度这个全新的概念,以及在重力作用下物体作匀加速运动的全新的运动规律,为牛顿力学理论体系的建立奠定了基础。这种新的惯性概念,推翻了1000多年以来亚里士多德学派认为物体运动靠精灵或外界迂回空气推动的说法,也澄清了中世纪含糊的“冲力”说。

这是人类长期以来研究机械运动的理论成果,并且得到了当时地动说支持者们的拥护。伽利略虽然没有明确地写出惯性原理,可是表明了这是属于物体的本性的客观规律,在研究其他物理问题时,他熟练地运用了它。然而他未能摆脱柏拉图关于行星作圆运动的观点,相信“圆惯性”的存在,因此未能将惯性运动概念推广到一切物体运动上。完整的惯性原理是在伽利略逝世后两年由R.笛卡尔表述的。

看看以下伽利略的贡献和发明:

惯性系的概念。伽利略用物理学原理为哥白尼地动学说进行辩解时,应用运动独立性原理通俗地说明了石子从桅杆顶上掉落到桅杆脚下而不向船尾偏移的道理。他又进一步以作匀速直线运动的船舱中物体运动规律不变的著名论述,第一次提出惯性参考系的概念。这一原理被爱因斯坦称为伽利略相对性原理,是狭义相对论的先导。

单摆周期性质的发现。伽利略由观察到教堂悬灯的摆动对摆进行实验研究,发现单摆的周期与摆长的平方根成正比,而与振幅大小和摆锤重量无关。这个规律的发现为此后的振动理论和机械计时器件的设计方案建立了基础。

光速有限及其测量。前人对于光速是否有限从来没有明确的认识。伽利略观察了闪电现象,认为光速是有限的,并设计了测量光速的掩灯方案。但限于当时的实验条件,用这种测量方法实际测到的主要只是实验者的反应和人手的动作时间,而不是光的行进时间。然而,如果有了明暗变化有规律的光源或高速机械控制的器件代替人手动作,是可以测量到真正的光速的,后来木卫星食法、转动齿轮法、转镜法、克尔盒法、变频闪光法等光速测量方法都借鉴于掩灯方案。

几种基本物理实验仪器的研制。伽利略不但亲自设计和演示过许多实验,而且亲自研制出不少实验仪器。他的工艺知识丰富,制作技术精湛,他所创制的许多实验仪器在当时及对后世都很有影响,下面举出几项:

浮力天平。这是利用浮力原理快速测定金银器皿首饰中金银含量比例的直读仪器。这种仪器当时已用于金银首饰器皿的交易中。

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温度计。伽利略首创的温度计是一种开放式的液体温度计,玻璃管内盛有着色的水和酒精,液面与大气相通。这实际上是温度计与大气压力计的混合体,这是由于当时他对大气压力的变化还没有明确的认识。尽管如此,其学术价值仍很大,温度从此成为客观的物理量,不再是不确定的主观感觉。

伽利略望远镜

望远镜。伽利略制成的望远镜,可以观察到物体的正像。经过改进后,其倍率由3逐步增大到33;不但指向星空,还可应用于船舰要塞,取得空前丰硕的发现成果(见右图)。这种望远镜结构简单,而其倍率和分辨本领受球差和色差的限制较大。

伽利略一生坚持与教会的经院哲学作斗争,主张用具体的实验来认识自然规律,认为实验是理论知识的源泉。他不承认世界上有绝对真理和掌握真理的绝对权威,反对迷信盲从。他承认物质的客观性、多样性和宇宙的无限性,这些观点对现代哲学具有重要的意义。但由于历史的局限性,他强调只有可归纳为数量特征的物

质属性才是客观存在的 [5] 。伽利略因为支持日心说受到监禁后,“放弃”了日心说。他说,“考虑到种种阻碍,两点之间最短的不一定是直线”,这一观点非常具有现代性。正是因为有这样的思想,暂时的放弃换得永远的支持,没有遭到布鲁诺的命运,却可以为科学继续贡献力量。

我个人是非常敬佩伽利略本人。也爱好科学探索。关于惯性我有自己的思考。以以下文字致敬伽利略。

我在科普书籍《变化》中提出引力是惯性的源泉。即惯性的产生与引力有关。即引力场有关。并且对惯性作了修改。我也专门就如何理解“引力是惯性的源泉”写过文章,但我依然觉得介绍的再多,都不够。所以今天我依然是补充说明,该如何理解该思想,以便于大家深化对于惯性的认识。

新的惯性定义:在引力场中,物体总保持当下运动状态的性质叫惯性。

根据新的惯性定义,牛顿第一定律应该是这样的:在引力场中,物体所受外力为零的时候,总保持当下运动状态的运动,叫惯性运动。

所以就很明显,惯性的产生必然和引力,引力场挂钩。我相信很多人其实看到这里,并不了解上面的表述该如何深化理解。所以我再次深入分析一下。大家跟着思路走,看你能否理解。

解决和理解一个问题的最佳方法,往往不是直接去理解和表述,而是提出问题。从回答问题,来理解你需要理解的内容。

伽利略详细科学贡献(不要忘记这个为了科学在人类历史上独自抗争的人)(9)

我来问你一个问题:为什么10kg的铁球和0.1kg的羽毛在真空中会同时下落?这个问题不难,你会说因为他们的重力加速度是一样的,所以会同时下落。那为什么惯性不同,重力加速度却一样?

很明显,铁球惯性大,羽毛惯性小。看一下惯性的定义:在引力场中,物体具有保持当下运动状态的性质,叫做惯性。

物体保持当下运动状态的性质,其实可以理解为物体抵抗运动状态改变的性质。铁球惯性大,意味着它抵抗重力加速度的能量也越强。所以它和羽毛的重力加速度是一样的。即我们所说的,质量和惯性是成正比的。

看到这里,你应该更谨慎,因为我要提出下一个问题,问题是:重力加速度是有变化的。理论分析及精确实验都表明,随纬度的提高,重力加速度g的数值略有增大,如赤道附近g=9.780米/秒^2。

比如上海g=9.794米/秒^2,而北京g=9.801米/秒^2。这意味着什么呢?同样是10kg的铁球从同一高度落下,北京的铁球先落地。我的问题是难道同质量的物体惯性不一样吗?这和我们学习的不一样啊!

伽利略详细科学贡献(不要忘记这个为了科学在人类历史上独自抗争的人)(10)

是的,大家不要被我的问题所迷惑。你没有被迷惑,就说明你理解的更深刻。北京的铁球下落快,是因为铁球受到的重力比上海的大。这是由于离地心距离不同而造成的。所以在地球上海拔越高,重力加速度越小。跟惯性不牵涉。也就是惯性依然是原来的惯性。惯性还是那么大。

大家一定要理解,惯性是无法具体量化的,也就是说惯性不是力,平时提到的惯性力也不是真实的力。是为了方便大家理解才说的。你不能说这个物体有5N的关系。而惯性质量是可以量化的。

而且大家都知道,引力质量和惯性质量是相等的。爱因斯坦在深入分析引力质量同惯性质量等价的基础上,提出引力场与加速度场局域等效的概念;将狭义相对论中惯性运动的相对性推广到加速运动。 广义相对性原理(广义协变性原理)可简述为:一切坐标系(包括非惯性系)都是平权的,即客观的真实的物理规律,应该在任意坐标系下均有效。通过上面的分析,你现在如何理解惯性?问题一定依然很多!

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伽利略详细科学贡献(不要忘记这个为了科学在人类历史上独自抗争的人)(11)

再看一遍表述:在引力场中,物体具有保持当下运动状态的性质,叫做惯性。

首先如果你理解为引力大,惯性就大是片面的。该表述中,也没有反应出这一点。因为衡量惯性的因素是质量,不是引力。引力是可以量化的,而惯性强调的是物体性质。同样质量的铁球,在地球上任何一个地点,惯性大小是相同的,在其他星球上,也是相同的。

那这个时候,你可能会问了:那么为什么不说质量是惯性的源泉?

各位其实这个问题,就是问题的最关键部分了!牛顿的惯性定义,其实正有此义。虽然牛顿本人并没有具体指出惯性是如何产生的。但用质量大小来衡量惯性大小,本身就是一种指向。

我的思考结果是牛顿惯性作用的定义,不涉及时间。也就是惯性作用是超距的。这和牛顿不清楚光速数值是有关的,也就是不清楚引力作用速度是有关的。

所以不能因为用质量衡量惯性大小,就说质量产生惯性。因为惯性性质是物质物体普遍存在的,也就是具有开放性的,而这样的开放性,就要想到宏观的物质场性质,即时空性质,即引力场。爱氏的引力场场方程也符合这样的特点,我不止一次这样说过。

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所以有质量的物质能具有惯性,是因为时空性质使然,是引力场使然。马赫是第一个意识到这个问题的人,但他也将惯性作用的速度设为超距。这是错误的。正确的理解应该是惯性是作为引力的“附属产品”出现的。但它与近场引力场物质和远场引力场物质影响一样大。并不是像引力那样,随着距离增大,而引力变小。就像地球的引力与距离1千万光年的星球的引力,是很小很小的。而惯性却不会是这样的。惯性大小与距离无关。

所以引力是惯性的源泉。正确的理解要把握四个点。

1、惯性作用的速度是光速。

2、惯性是引力场性质。

3、是惯性和参考系选择无关。第三个点,也是爱氏广义相对论的基础。所以对于惯性定律的表述,一定要加上“在引力场”中这样的条件。这样也可以避免现在教科书中的定义的循环论证,变的更科学和严谨。

4、惯性大小与距离无关。即不成比例关系。

而且我也在《变化》中写到过。引力的本质就是时空,引力是时空性质表现。而惯性就是这种时空性质,引力场的从属性质,它能出现,与引力紧密相连。如果处于时空中的物质不产生引力,那么惯性就不会有。

在这里还要说明一个点,那就是时空场和引力场其实没有严格的区别。任何一个引力场都是全域性的。但我们为了方便处理数据和计算,会优先处理近场引力场,而对距离地球遥远宇宙引力场做忽略。

时空能量分布不均,就说明引力场强度不均。而且我也提到过,正是由于引力,惯性,才使得“守恒定律”在宇宙中普遍成立。

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所以我再次总结一下思考过程和思考观点:

1、任何过程要考虑时间,考虑时间就要涉及速度。速度的上限是光速。所以惯性作用的速度也是光速。超距作用不可想象,没有理论基础,也没有实质想象的实验,包括量子纠缠也不算。

2、任何具有质量的物质具有惯性,就说明这是一种普遍的性质。就要考虑到物质的整体。而这样东西就是时空,就是引力场。惯性与距离无关,因为这是一种性质。我们不能说A物质对B物质的惯性是多少。没有这样的说法。我们只是说A物质的惯性怎样,B物质的惯性咋样?说惯性作用的速度是光速,是说物体抵抗运动状态改变的速度是光速。但有一个不争的事实是——任何时候,物体都具有惯性。也就是从某种意义上来说,任何物体在任何时刻,都处于在抵抗运动状态改变态中,且这种反应速度是光速。就好比一个静止的杯子,它在以“光速”保持静止的这样的状态。这种思维带来一种“变态”情况,就是任何静止和运动的物体,都处于隐形“光速”中。所以爱氏的光速不变理论,是真理!就是这一点,才是惯性让人难以想象的地方!但一定要明白,这种光速不变的性质是由于时空赋予的。我曾经就此写过文章。在这里就不展开讨论了。

再重复一遍,任何物体在任何时刻,都以光速来抵抗运动状态的改变!即都以“光速”来保持原来运动状态的性质,就是惯性。这才是惯性的真谛!

3、根据上面的思考,我们可以得出。惯性大小其实和距离没有关系。因为这是一种性质,处于引力场中的物体,都具有这种性质。你对于地球的惯性是多大,那么对于其他星球而言也是多大。

4、引力质量和惯性质量相等的根本原因,就在于他们同属一个体系的东西。那就是“引力理论体系”。都与引力场有关。都以质量为量化衡量的标准。惯性强调“自身”状态是咋样的,而引力强调“与它物”的作用状态是咋样的。与其他物体的作用状态,就必须考虑距离,和引力常数。这是引力和惯性的区别。

5、所以狭义相对性原理和广义相对性原理是没有错的,也是基于此的。引力场中,物体惯性的存在与参考系无关!因为惯性的“光速”作用是恒定的。所以一切坐标系(包括非惯性系)都是平权的,即客观的真实的物理规律,应该在任意坐标系下均有效。我不知道爱氏本人,是否也思考到关于惯性的这点认识。但他一定是通过引力质量和惯性质量相等去认识狭义相对性原理和广义相对性原理的。

伽利略详细科学贡献(不要忘记这个为了科学在人类历史上独自抗争的人)(14)

6、而关于质量的产生,必须回归量子力学的相关理论。也就是说用希格斯场,希格斯机制来实现。所以整个理论体系,一定是一个圆圈。大统一理论的构想,是没有错的。数学家精于计算,但不一定也这样考虑问题。所以我必须说出自己的思考,来告诉人们,简单的物理现象中【惯性现象】,蕴含着直达宇宙真理的秘密。

不看此文,你无法想象,你时时刻刻在以隐形的“光速”运动,虽然这种光速你看不见,但它确实存在于一切物体之中。

生命在于运动,更在于探索。祝君学习愉快,思考愉快。

2018年2月19日晚。

摘自独立学者灵遁者物理宇宙科普书籍《变化》

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