书城科普与科学家相约(科学知识大课堂)
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第26章 与天文学家相约(3)

伽利略虽然在罗马被迫表示放弃哥白尼学说,但他内心是坚信不移的。1623年乌尔班八世任教皇。这位教皇很早就对科学感兴趣,对伽利略也很友好。伽利略感到处境稍有好转。他经过慎重考虑,决定继续坚持宣传哥白尼的学说。他为了不把事情弄糟,采取一种非常巧妙的方式把自己的观点加以隐蔽。他写了一本书叫《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。书中以三个人对话的形式讨论关于托勒密地心学说与哥白尼日心学说哪个正确的问题。其中一个人叫辛普利丘,代表托勒密;另一个人叫菲利普·萨尔维阿蒂,是哥白尼的代言人;还有一个风趣而无偏见的第三者叫沙格列陀,对前两个讨论作出判断,这位公正人实际代表伽利略自己。表面上好像看不出伽利略本人站在哪一边,而从事实和论据来看,他都强有力地支持了哥白尼学说,同时又严厉地批判了亚里士多德和托勒密的错误理论。对话分四天进行,第一天批评了亚里士多德自然哲学的基本原则,还讨论了月亮表面的地貌特征;第二天以运动的相对论反驳了对地球自转的责难;第三天讨论了地球的公转;第四天用地球的运动解释潮汐。这本书从1626年开始写,到1629年完成。伽利略在对话里充分利用他20年前从望远镜中所观察到的全部事实和其他实验,有力地支持了哥白尼学说。书中表现了他的自发唯物主义观点,强调自然科学的结论必须是正确的,是不以人的意志为转移的。这本书在1632年3月获准出版,但8月份教会突然下令禁止发行伽利略的这本书,而且传讯伽利略。伽利略虽为自己作了一些辩护,但无济于事。法庭判决时年70岁的伽利略终身监禁。被监禁后的伽利略在恶劣的环境中,在悲凉凄惨的心情下仍然继续研究他的力学问题,写出《两门新科学》一书。

长期的摧残使已到了风烛残年的伽利略身体状况日益恶化。终于在1642年1月8日,这位一生为科学而奋斗的伟大科学家在监禁中与世长辞了。

三个多世纪过去了,人间历尽沧桑,社会不断前进,真理终究要战胜邪恶。在1979年11月召开的世界主教会议上,罗马教皇提出重新审理“伽利略案件”。为此,世界著名科学家组成了审查委员会,为伽利略沉冤昭雪。

伟大的天空立法者开普勒

开普勒(Johannes kepler,1571~1630)是17世纪对天文学有卓越贡献的德国天文学家。他捍卫并发展了哥白尼的日心学说,在第谷的大量观测资料的基础上,确立了行星运动的三大定律,被称为伟大的天空立法者。

开普勒出生在德国南部的瓦尔城,父亲是位职业军人,祖父曾当过市长。开普勒从小体弱多病,5岁时得了一场天花险些丧命,这使他手、眼留下轻度残疾。他身材瘦小,视力不好,但却聪明好学,善于思索和钻研。为了将来能找到一个合适的工作,开普勒进了蒂宾根大学学习神学,一心一意想当一名神职人员。由于开普勒天资聪颖,他毫不费力地接受了学校教授的每一门功课。他尤其对哲学表现出极大的兴趣,这对他后来改学天文学起了积极作用。上学期间开普勒也显示了他出众的数学才华。蒂宾根大学的天文学教授米切尔·麦斯特林是他的启蒙老师。他是一位哥白尼学说的同情者,在公开教学时他讲授托勒密的体系,而对于自己亲近的学生则宣传当时教廷禁令传播的哥白尼学说。开普勒从老师那儿了解了哥白尼的学说后,立即成为哥白尼的拥护者。大学毕业后,大多数学生都去当了牧师,而开普勒被他的老师麦斯特林推荐去奥地利格拉茨大学当上了数学和天文学讲师。正是这一偶然的机会使他走上了一条光辉灿烂的科学家的道路。开普勒的博学和多才博得了校方的好评。当时由于他的薪金很少,开普勒还靠编制占星历书来养家糊口。这件事甚至比他的教学工作影响还大,因此开普勒还有占星学家之称。

在奥地利期间,开普勒深入地思考了哥白尼的理论,并且将它和托勒密的学说相比较。开普勒赞叹哥白尼体系所显示的数学的和谐美,他从中看到了真实的宇宙图景。开普勒致力于探测六大行星的轨道大小之间的数字关系。开普勒很善于抽象思维,他在1596年发表了他的第一部天文著作《宇宙的神秘》。在这本书里开普勒用一套内切球和正多面体勾画了一个极其神秘的宇宙模型。当第谷读了这本书后,对他的才华极为赏识,称赞这套内切球体和正多面体为一个聪明的完美的构想。现在看来,开普勒的这套宇宙模型有点荒唐可笑,但在当时它毕竟是支持哥白尼观点的论文,而且在论文中提出了对行星数目和运动机制的探讨,这是在牛顿提出万有引力学说之前非常有开拓性的思想。在这之前没有人考虑过行星运动的物理机制问题。

1598年奥地利暴发了天主教与新教之间的宗教冲突,开普勒是一位新教徒,在那儿不断受到迫害,只好跑到匈牙利去。正当开普勒处于痛苦和失望之中时,丹麦天文学家第谷向他伸出了友谊之手。他接到第谷的邀请,请他去布拉格协助整理观测资料。开普勒于1600年来到了布拉格。一接触到第谷无比丰富的天象资料,开普勒就发现自己从前构造的美妙的宇宙模型漏洞百出。尽管当时开普勒对自己的宇宙模型欣赏至极,但当他一旦发现原有的模型与实际的观测事实不符时就坚决地抛弃了它。在第谷的身边,开普勒学会了重视和处理大量的天文观测资料。遗憾的是他们合作没有多久,第谷便去世了。临终前第谷告诫开普勒:一定要尊重观测事实。开普勒认为他与第谷的相遇是命里注定的。他说:“上帝通过一种不可改变的命运把我和第谷联在一起,即使我们发生了严重的争执也不许我们分手。”他们俩人在一起总共不过10个月。开普勒高度评价第谷,认为他是一位上帝施给人们的勤奋的观测家。开普勒与第谷的结合是欧洲科学史上最伟大的事件,两位个性迥异的科学家的结合标志着自然科学两大基础——经验观测和数学理论的结合。第谷获得的大量观测资料,经过开普勒的分析推理,总结出了行星运动的规律。

在第谷观测材料的基础上,开普勒继续寻找宇宙的秩序,他利用第谷的观测数据巧妙地算出了包括地球在内的六大行星的运行轨道,并进一步总结行星运动所遵循的数学规律。他选中了火星作为突破口,因为第谷留下的资料中火星的最为丰富,而且火星的运行观测资料与哥白尼理论出入最大。经过紧张艰苦的归纳、整理、试探,开普勒发现了火星绕太阳运行的规律。1609年他发表了《新天文学》一书,阐述了他对火星运动规律的发现。他确认火星运动的轨道是椭圆。火星划出了一个以太阳为焦点的椭圆(开普勒第一定律);由太阳到火星的矢径在相等的时间内划出相等的面积(开普勒第二定律)。1618年开普勒出版了《哥白尼天文概要》。尽管该书取名为《哥白尼天文概要》,其实它的主要内容不是介绍哥白尼的天文学,而是系统地介绍了开普勒自己的天文理论。在这本书中,他将已经发现的火星运动的两大定律推广到了太阳系的所有行星,同时公布了他所发现的第三定律:行星公转周期的平方和它到太阳距离的立方成正比,这就将所有行星的运动与太阳紧密地联系在一起。这样太阳系的概念就牢牢地建立起来了。行星按照开普勒定律有条不紊地遨游太空,开普勒成了“天空立法者”。