伟大的科学巨星伽利略.ppt

伟大的科学巨星伽利略伽利略奥伽利略（Galileo Galilei,1564-1642）是意大利文艺复兴后期伟大的天文学家、物理学家、力学家和哲学家，也是近代实验物理学的开拓者。他是为维护真理而进行不屈不挠的战士。恩格斯称他是“不管有何障碍，都能不顾一切而打破旧说，创立新说的巨人之一”。,一伽利略生平伽利略于1564年2月15日出生于意大利西部海岸的此萨城，他原籍佛罗伦萨，出身没落的名门贵族家庭。伽利略的父亲是一位不得志的音乐家，精通希腊文和拉丁文，对数学也颇有造诣。因此，伽利略从小受到了良好的家庭教育。,伽利略在十二岁时，进入佛罗伦萨附近的瓦洛姆布洛萨修道院，接受古典教育。十七岁时，他进入比萨大学学医，同时潜心钻研物理学和数学。由于家庭经济困难，伽利略没有拿到毕业证书，便离开了比萨大学。在艰苦的环境下，他仍坚持科学研究，攻读了欧几里德和阿基米德的许多著作，做了许多实验，并发表了许多有影响的论文，从而受到了当时学术界的高度重视，被誉为“当代的阿基米德”。伽利略在25岁时被比萨大学的数学教授。两年后，伽利略因为著名的比萨斜塔实验，触怒了教会，失去这份工作。伽利略离开比萨大学后，于1592年去威尼斯的帕多瓦大学任教，一直到1610年。这一段时期是伽利略从事科学研究的黄金时期。在这里，他在力学、天文学等各方面都取得了累累硕果。1610年，伽利略把他的著作以通俗读物的形式发表出来，取名为星空信使，这本书在威尼斯出版，轰动了当时的欧洲，也为伽利略赢得了崇高的荣誉。伽利略被聘为“宫廷哲学家”和“宫廷首席数学家”，从此他又回到了故乡佛罗伦萨。,伽利略在佛罗伦萨的宫廷里继续进行科学研究，但是他的天文学发现以及他的天文学著作明显的体现出了哥白尼日心说的观点。因此，伽利略开始受到教会的注意。1616年开始，伽利略开始受到罗马宗教裁判所长达二十多年的残酷迫害。伽利略的晚年生活极其悲惨，照料他的女儿赛丽斯特竟然先于他离开人世。失去爱女的过分悲伤，使伽利略双目失明。即使在这样的条件下，他依然没有放弃自己的科学研究工作。1642年1月8日，凌晨4时，伟大的伽利略为科学、为真理奋斗一生的战士，科学巨人离开了人世，享年78岁。在他离开人世的前夕，他还重复着这样一句话：“追求科学需要特殊的勇气。”二伽利略和他的科学发现古希腊在物理学说方面有两大学派，一派以哲学家亚里士多德为代表，另一派则以自然科学家阿基米德为代表。两人皆是古代希腊蓍名的学者，但由于两人的观点和方法不同，其科学结论也就各异，并形成了鲜明的对立。,亚里士多德学派的观点基本是唯心的，他是凭主观思考和纯推理方法作结论的，所以是充斥着谬误。而阿基米德学派的观点基本是唯物的，他完全依靠靠科学实践方法得出结论。然而从11世纪起，在基督教会的扶持下，亚里士多德的著作得到了经院哲学家的重视，他们排斥阿基米德的物理学，把亚里士多德的物理学奉为经典，凡违反亚里士多德物理学的学者均被视为“异端邪说”。但伽利略却对亚里士多德的物理学抱怀疑态度，相反他特别重视对阿基米德物理学的研究，他重视理论联系实际，注意观察各种自然现象，思考各种问题。在伽俐略十八岁那年，一次到比萨教堂去做礼拜，他注意到教堂里悬挂的那些长明灯被风吹得一左一右有规律地摆动，他按自己脉博的跳动来计时，发现它们往复运动的时间总是相等的。就这样他发现了摆的等时性，后来荷兰物理学家惠更斯根据这个原理制成挂摆时钟，人们称之为伽利略钟。伽利略根据阿基米德的学说，作了迅速确定合金成分的流体静力天平的研究，发明了可以测定物质密度的“小天平”，写出了名为小天平的论文。,后来他又潜心研究了物体重心的几何学，于1588年发表了固体的重心的论文，引起学术界的注意。第二年，在友人的推荐下，被比萨大学聘任为数学教授。亚里士多德认为两个物体以同一高度落下，重的比轻的先着地。但伽利略经过反复的研究与实验后，得出了与之截然相反的结论：物体下落的快慢与重量无关。1590年，伽利略在比萨斜塔公开作了落体实验，验证了亚里士多德的说法是错误的，使统治人们思想长达2000多年的亚里士多德的学说第一次发生动摇。而应邀前来观看的一些著名学者却否认自己亲眼见到的一切，他们群起攻击伽利略。1591年，伽利略被比萨解聘。从科学史上看，伽利略并不是落体实验的首创者，其首创者是比利时的斯台文。但伽利略的比萨斜塔实验所造成的影响却是更为深远的。1592年，伽利略来到威尼斯的帕多瓦大学任教，开始了他科学活动的黄金时期。,在这一时期，他研究了大量的物理学问题，如斜面运动、力的合成、抛射体运动等。他还对液体与热学作了研究，发明了温度计。1609年，伽利略制成了天文望远镜，并用这台望远镜去探索宇宙的奥秘，他发现月球的表面凹凸不平，有高山深谷；木星有四颗卫星围绕它旋转，金星和月亮一样有盈有亏；土星有光环；太阳有黑子，能自转。银河是由于千千万万颗暗淡的星星所组成。这些发现为哥白尼、布鲁诺的观点提供了有力的证据。对教会的信条进行了严厉的打击。第二年，他出版了星际使者，通俗地向读者介绍他观察到的天空现象，宣传了他的观点。这部著作在欧洲引起了极大的轰动，伽利略因此被称为“天空的哥伦布”。1613年，他在罗马发表了论太阳黑子。该书以书信形式明确指出了哥白尼学说是正确的，托勒密学说是错误的。由此伽利略触怒了教会，开始受到宗教裁制所的审讯。在教廷的压制下，伽利略仍继续科学研究，在长期观察和研究天体运动的实践中，他更加坚信哥白尼学说的正确性。1632年1月，伽利略在佛罗伦萨出版了,关于托勒密和哥白尼的两大世界体系的对话。他在书中用三位学者对话的形式，作了四天的谈话。讨论了三个问题：1、证明地球在运动；2、充实哥白尼学说；3、地球的潮汐。对话总结了伽利略长期科研实践中的各种科学发现，宣告了托勒密地心说理论的破产，从根本上动摇了教会的最高权威，从而推动了唯物论思想的发展。这部著作一经出版便受到广大读者的欢迎。但却遭到了罗马教会的反对。伽利略因此而受到了长期的监禁。1636年，伽利略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。该书于1638年在荷兰出版。这部伟大著作同样是以三人对话形式写的。“第一天”是关于固体材料强度的问题，反驳了亚里士多德关于落体的速度依赖于其重量的观点；“第二天”是关于内聚作用的原因，讨论了杠杆原理的证明及梁的强度问题；“第三天”讨论了匀速运动和自然加速运动；第四天是关于抛射体运动的讨论。这一巨著从根本上否定的亚里士多德的运动学说。,三伽利略的科学研究方法伽利略对物理规律的论证非常严格。他创立了对物理理象进行实验研究并把实验的方法与数学方法、逻辑论证相结合的科学研究方法。例如，为了说明惯性，他曾设计一个无摩擦的理想实验：在一定点O悬挂一单摆，将摆球拉到离竖直位置一定距离的左侧A点，释放小球，小球将摆到竖直位置的右侧B点，此时A点与B点处于同一高度。若在O的正下方C用钉子改变单摆的运动路线，小球将摆到与A、B两点同样高度的D。伽利略指出，对于斜面会得出同样的结论。他将两个斜面对接起来，让小球沿一个斜面从静止滚下，小球将滚上另一斜面。如果无摩擦，小球将上升到原来的高度。他推论说，如果减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面达到原来的高度就要通过更长的距离。继续使第二个斜面的倾角越来越小，小球将合滚得越来越远。如果第二个斜面改成水平面，小球就永远达不到原来的高度，而要沿水平面以恒定速度持续运动下去。伽利略设计的实验虽是想象中的，但却是建立在可靠的事实的基础上。把研究的事物理想化，就可以更加突出事物的主要特征，,化繁为简，易于认识其规律。伽利略的这一自然科学新方法，有力地促进物理学的发展，他因此被誉为是“经典物理学的奠基人”。四伽利略在科学史上的地位伽利略的科学发现，不仅在物理学史上而且在整个科学中上都占有极其重要的地位。他不仅纠正了统治欧洲近两千年的亚里士多德的错误观点，更创立了研究自然科学的新方法。伽利略在总结自己的科学研究方法时说过，“这是第一次为新的方法打开了大门，这种将带来大量奇妙成果的新方法，在未来的年代里，会博得许多人的重视。”后来，惠更斯继续了伽利略的研究工作，他导出了单摆的周期公式和向心加速度的数学表达式。牛顿在系统地总结了伽利略、惠更斯等人的工作后，得到了万有引力定律和牛顿运动三定律。伽利略留给后人的精神财富是宝贵的。爱因斯坦曾这样评价：“伽利略的发现，以及他所用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正的开端！”。,伽利略的实验 经历了“哥白尼革命”以后，科学摆脱了神学和经院哲学的束缚，实验和观察成为知识的源泉和检验真理的标准。伽利略通过一系列有关运动物体的实验，推翻了以亚里士多德为代表的传统运动观念，他用自己制造的望远镜来观察天体，观察到月球凹凸不平的表面，发现了环绕木星的四颗卫星等许多过去肉眼无法看到的天文现象，为哥白尼的日心说提供了有力的证据。他重视实验和数学工具的做法标志着近代科学的出现。,伽利略的天文学研究在天文学方面，伽利略的贡献是极其巨大的。在早年他曾给学生们开设天文学课程，讲解托勒密的行星理论。但是，他最根本的宇宙观核心是维护和坚持、发展哥白尼学说。伽利略的日心说观点完全建立在对天文进行长期观测所获得的大量新发现的可靠事实基础之上。1608年，荷兰眼镜工匠李普塞制成了世界上第一架望远镜。伽利略得知后，立即着手从事望远镜的设计和制作，经过多次实验，终于在1609年到1610年间设计并制造了放大33倍的天文望远镜。这一望远镜是用凸透镜作为物镜，以凹透镜作为目镜构成的。利用自己制作的望远镜，伽利略进行了长期、大量的天体观测。伽利略首先对月球进行了观测，他发现了月球表面有深谷、高山和平原。他甚至根据测出的影子确定了月球上山脉的高度。伽利略将望远镜指向天空的任何部分都可以看到无数的星体；肉眼看来是一条连续的光带的银河，原来也是由数不清的暗淡的星星组成的。,伽利略还观察到了金星象月亮一样发生周相的变化，而且在不同位相时其视大小也互不相同。这表明，正如哥白尼所说的一样，金星是围绕太阳运转的他还发现，太阳也不是光洁无瑕的，它的表面上有黑子。从黑子在太阳表面上有规律的运动，他断定太阳以二十七天左右的周期进行转动。伽利略观测到了土星的光环。当时他认为这些光环是由无数的卫星所组成的。伽利略自己认为他最重要的天文观测成果是土星卫星的发现。1610年1月17日，伽利略观测到木星有三颗卫星。经过连续几周的跟踪观察，他发现了木星有四颗卫星，即木卫1木卫四。早在青年时期，伽利略便怀疑亚里士多德的学说和托勒密的地心说。他的上述发现更坚定了相信哥白尼日心说的信心。1610年伽利略出版了星际使者一书，宣传他的新发现。星际使者的出版轰动一时，使伽利略获得了极高的荣誉。由于不愿在大学里讲授陈旧的教条，摆脱教学活动对他的研究工作的妨碍以及渴望重回故里，他写信给托斯坎纳公国的大公爵，希望到他的宫廷里服务。,1610年7月，他被邀请到佛罗伦萨任宫廷数学家和哲学家。他的一些朋友认为这是不明智的决定，因为佛罗伦萨的教会势力很强，对伽利略的研究工作是不利的，后来的事态发展果然证明了这一点。1611年伽利略又去了罗马，邀请很多人观看望远镜，宣传哥白尼学说。1613年他又出版了关于太阳黑子的通讯。伽利略的实验活动为哥白尼的日心说提供了有力的证据。由于伽利略的观点触犯了教会的教规，1616年2月，他受到警告，并且不准他在讲课和著作中再宣传日心说。伽利略坚持科学真理，不顾教会的警告，又用5年时间，于1632年写出了近代科学史上具有重大意义的著作关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话一书，并于1632年2月出版。被激怒了的教会，对伽利略进行了严厉审判，并判以终身监禁。从此，伽利略失去了继续研究天文学的条件，转而致力于对力学的研究。,巨人的磨难文艺复兴时期，自然科学和人文主义思想以神奇的速度发展起来，基督教会的观点和信条受到了巨大的冲击，其统治地位摇摇欲坠。于是，不甘失败的教廷疯狂地迫害那些具有新思想、新理论的进步科学家。在这场科学与神权的斗争中，伟大的自然科学家伽利略受到了巨大的磨难。他所遭受的不公正的待遇和指控，直到他逝世后两百年，才被教廷所推翻。1564年2月15日，伽利略出生在意大利的比萨城。他的祖辈是佛罗伦萨的名门贵族，父亲是著名的音乐家，精通希腊交和拉丁文，数学方面也颇有造诣。因此伽利从小受到了良好的家庭教育，他十二岁时，进入佛罗伦萨附近的瓦洛姆布洛萨修道院学校学习。他在这里阅读了不少希腊罗马古典作品。十七岁，伽利略进入比萨大学学医，同时潜心钻研数学，并用自制的仪器进行自然科学实验，以此来检验教授们讲授的教条。,伽利略因这一“藐视权威”的做法而受到学校的警告处分，他也因此没拿到毕业证书而离开了比萨大学。1588年，伽利略由于发表了论文固体的重心而声名大振，先后被聘为比萨大学的数学教授，帕多瓦大学的数学教授、宫廷哲学家和宫廷首席数学家。伽利略在帕多瓦大学教时，结识了美丽的少女玛丽娜，玛丽娜全力支持他的科学研究工作，并为他生了三个孩子。伽利略虽然热爱自己的妻子和儿女，但他为能有足够的精力从事科学研究，为了追求科学真理，他做出了巨大的牺牲，离开了自己的妻子和孩子。伽利略的一生坚持天文研究，坚持科学实验，在物理学和天文学上做出了巨大的贡献。然而他的思想、他的理论、他的做法，动摇了基督教奉为真理的亚里士多德的理论，导致了基督教徒对他的仇视，进而受到了教廷的迫害。伽利略最早引起罗马教廷的注意是他发表了名为论太阳黑子的著作。这本书具有鲜明的哥白尼观点，它指出了托勒密地心说是错误的。伽利略写道：“一切都不是静止的，太阳在旋转，地球也在旋转。”,1615年，伽利略来到罗马，试图说服罗马教皇接受哥白尼的观点。然而，教皇保罗五世（16051621）老羞成怒，他再次公开宣布哥白尼学说为异端邪说，他的著作被列为禁书，禁止任何人谈论、宣传和阅读，否则将受到宗教裁判所的审讯和严厉惩罚。1616年3月26日，伽利略第一次受到宗教裁判所的审讯。红衣主教贝拉明在法庭上警告他不许“再相信、讲授和卫护地动学说。这是教会的命令，你必须无条件服从，否则，等待你的将是布鲁诺的下场”。伽利略为使能再研究和宣传科学，改变了斗争方式。他表面上在否认书上签了字，但实际上仍然坚持哥白尼的观点。他回到佛罗伦萨后，在朋友托斯堪那大公爵的保护下，继续坚持天文研究。八年后，新教皇乌尔班八世继位，他是伽利略的好友，向来“好学重才”。1624年，伽利略抱着一线希望到了罗马，他试图说服乌尔班八世相信哥白尼学说，并收回1616年的禁令，然而，他的这一愿望并没有得到实现。回到佛罗伦萨后，伽利略根据自己长期科学研究的结果，,撰写了他生平最有代表性的第一部伟大著作关于两大世界体系的对话。经过长期的审查和多次周折，这部巨著终于于1632年在佛罗伦萨出版。该书受到了广大读者的欢迎，立即广泛地传播开来。罗马教会发觉这部著作将会给教会带来巨大的危害，因此在该书出版四个月后，就下令禁止发行，并全部没收。1632年10月1日，宗教裁判所下令传审伽利略。此时的伽利略年近70，正卧病在床。教皇乌尔班八世竟不念旧情，下令将他抓起来，锁上铁链，押到罗马。1633年2月13日，伽利略在朋友的照料下到了罗马。宗教裁判所将他逮捕入狱，下令：不准他与任何人接触。4月，审讯开始了，审讯的中心问题是伽略犯了支持和宣传哥白尼地动学说之罪。审讯接连进行了几个月，伽利略坚持自己的观点，不肯向教会屈服。于是他们改变了刑罚方式。法官每隔四小时轮换一次，持续拷问，不给伽利略任何喘息的机会。这种疲劳“战术”持续了50多个小时，伽利略被折磨得精疲力竭，昏迷不醒。在精神恍惚的情况下，,伽利略被迫在已为他写好的悔过书上签字，对自己的“罪行”表示“悔过”。当他颤抖地提笔签字时，心里还默默地念着：“可是，地球还在转动！”6月23日，伽利略被判入狱。判决书上这么写道：“为了处分你这样严重和有害的错误与罪过，以及为了你今后更加审慎和给其他人作个榜样和警告，我们宣布，用公开的命令禁止伽利略的对话一书；判处暂时把你正式关入监狱内，根据我们的同意，以及使你得救的忏悔，在三年内每周读七个忏悔圣歌一次。我们仍然有上述批准和减少、变更、完全地和部分地取消忏悔的权力。”罗马教会依靠强大的势力取得表面暂时的“胜利”，但却没有从根本上肃清哥白尼学说的影响，并没有令伽利略放弃所坚持的观点。不久，伽俐略因年老多病而被保释，但依然处于软禁的状态，教会不准他会见外人，不许他出版任何著作。然而，伽俐略并没有屈服，他仍偷偷地继续着他的科学研究。1636年，他写成了另一部著作关于两种新科学的对话，该书于1638年被送往荷兰秘密出版。,伽俐的晚年一直过着监禁生活，年过七十的时候，双目失明。但仍在他学生托里拆利和维维安尼的帮助下，继续进行着研究。临终前，他将自己正在进行和尚未完成的科学想法，口授给托里拆利，后来托里拆利继续了老师的工作，并把这些成果整理成书留传下来。1642年1月8日，伽利略含冤而逝，享年78岁。他在离开人世之前还重复了他以前常说的话：“追求科学需要特殊的勇敢！”真理是不可抗拒的，后人在对哥白尼学说反复验证后，证明了地动学说是正确的，伽俐略的天文发现和观点也是无误的。三百多年后的1979年11月，迫于社会舆论的压力，罗马教皇在公共集会上承认伽俐略在十七世纪三十年代受到的教延审判是不公正的。1980年10月，教皇又在梵蒂冈举行的世界主教会议上提出重新审理“伽俐略案件”，并正式宣布为伽俐略这位科学巨人沉冤昭雪。真理最终战胜了邪恶。,