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近代实验科学的先驱——伽利略

时间:2018年05月11日来源:shuxue2013.com作者:数学资源网点击:
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1995年12月10日,美国“伽利略”号飞船开始向地面传回首批直接取自木星大气内的第一手数据。

“伽利略”号是以意大利数学家、物理学家 、天文学家伽利略的名字命名的。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,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。

接下来,就让我们一起来认识这位伟大的科学家。

发现摆的运动规律

有一次,伽利略信步来到他熟悉的比萨大教堂,他坐在一张长凳上,目光凝视着那雕刻精美的祭坛和拱形的廊柱。忽然,教堂大厅中央的巨灯晃动起来,是修理房屋的工人在那里安装吊灯。

比萨大教堂

这本来是件很平常的事,吊灯像钟摆一样晃动,在空中划出看不见的圆弧。可是,伽利略却像触了电一样,目不转睛地跟踪着摆动的吊灯,同时,他用右手按着左腕的脉,计算着吊灯摆动一次脉搏跳动的次数,以此计算吊灯摆动的时间。

这样计算的结果,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。一开始,吊灯摆得很厉害,渐渐地,它慢了下来,可是,每摆动一次,脉搏跳动的次数是一样的。

伽利略的脑子里翻腾开了,他想,书本上明明写着这样的结论,摆经过一个短弧要比经过长弧快些,这是古希腊哲学家亚里士多德的说法,谁也没有怀疑过。难道是自己的眼睛出了毛病,还是怎么回事。

他像发了狂似的跑回大学宿舍,关起门来重复做这个试验。他找了不同长度的绳子、铁链,还有不知从哪里搞到的铁球、木球。在房顶上,在窗外的树枝上,着迷地一次又一次重复,用沙漏记下摆动的时间。

最后,伽利略不得不大胆地得出这样的结论:亚里士多德的结论是错误的,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,振动的周期是一样的。

敢于质疑经典和权威

我们都知道伽利略在比萨斜塔上做实验推翻权威的故事:他用两个分别重1磅和10磅的铁球同时做自由落体实验,结果几乎同时着地,推翻了亚里士多德的权威结论。

接下来讲另一个故事。

伽利略17岁那年,考进了比萨大学医科专业。他喜欢提问题,不问个水落石出决不罢休。

有一次上课,比罗教授讲胚胎学。他讲道:“母亲生男孩还是生女孩,是由父亲的强弱决定的。父亲身体强壮,母亲就生男孩;父亲身体衰弱,母亲就生女孩。”

比罗教授的话音刚落,伽利略就举手说道:“老师,我有疑问。”

比罗教授不高兴地说:“你提的问题太多了!你是个学生,上课时应该认真听老师讲,多记笔记,不要胡思乱想,动不动就提问题,影响同学们学习!”

“这不是胡思乱想,也不是动不动就提问题。我的邻居,男的身体非常强壮,可他的妻子一连生了5个女儿。这与老师讲的正好相反,这该怎么解释?”伽利略没有被比罗教授吓倒,继续反问。

“我是根据古希腊着名学者亚里士多德的观点讲的,不会错!”比罗教授搬出了理论根据,想压服他。

伽利略继续说:“难道亚里士多德讲的不符合事实,也要硬说是对的吗?科学一定要与事实符合,否则就不是真正的科学。”比罗教授被问倒了,下不了台。

后来,伽利略受到了校方的批评,但是,他勇于坚持、好学善问、追求真理的精神却丝毫没有改变。正因为这样,他才最终成为一代科学巨匠。

倡导数学与实验相结合

伽利略说过:“世界是一本以数学语言写成的书。”这位近代物理学的奠基者,一生都重视数学在探求自然奥秘中的作用。

像其先驱者哥白尼、开普勒一样,他是用几何而不是代数的语言来阐释自己的思想的。他深信在自然现象的研究中数学、特别是几何学的重要性。受他那个时代数学思潮、实验思潮的影响,伽利略把数学和实验结合起来,从而开创了近代数理实验科学的第一个成功范型——经典动力学。

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。伽利略所倡导的数学与实验相结合的研究方法,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。

最后顺便一提,在根据东野圭吾的《侦探伽利略》改编的日本电视连续剧《神探伽利略》中,主角“汤川”也是一个天才物理学家,他有着伽利略般刨根问底的精神。同一系列电影《嫌疑人X的献身》,被中国、韩国均翻拍过。对数理化或侦探推理感兴趣的读者,不妨一看。


 

 

 

 

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