伽利略(4)〈近代物理學的奠基者〉江銘輝 五夢網

十五、認識瑪麗娜

利略講的課非常精彩，他的事業一帆風順地發展著，還在外面兼課。生活逐漸改善，有一次去威尼斯的旅行中，伽利略遇見了美麗而單純的姑娘瑪麗娜(Marina Camba)，並愛上了她。不久同居了，但未結婚。二人擁有2個女兒、1個兒子，直到1610年，伽利略遷離，留下瑪麗娜，才告分離。就在這期間，伽利略發明了製圖用的比例儀和空氣溫度計。

十六、斜面和砲彈

因為沒有準確的測時器，所以伽利略在比薩斜塔做的實驗遭受到質疑。製造鐘擺時鐘又大費周章，1593年，伽利略想到設計一塊斜板讓球滾下。這方法可使球下降的速度減慢。可以很容易計算，球由高處滾到地面時間，至於如何計算時間，他利用一個裝滿水的大桶，在底部開了個小孔，冷水從小孔慢慢滴到下面的小桶子。然後小桶收集的水量去計算時間，如此可知道球滾下所需要的時間單位。經過實驗之後，伽利略發現球不論是沿著斜面或垂直落下，如果只有落下的高度相同，時間也相同。如果兩個物體，不管重量如何，任其落下或沿著斜面滾落，距離相同，它們一定會在相同的時間到達終點。

    這段時期，伽利略設計並出售機械計算裝置給威尼斯軍隊領袖，因為這方面的接觸，逐漸對彈道學產生了濃厚的興趣。經過研究後，他發現大砲發射的砲彈是受到重力和大砲內部引爆的衝力這兩種力的影響。他並指出，如果只有衝力而沒有重力，砲彈會以等速前進。可是，從自由落體實驗中，他知道砲彈會因重力的關係，而加速度落到地面。他指出兩種力共同作用在砲彈上的結果，會使砲彈以拋物線的彈道發射出去(圖3)，更發現砲口與地平線成四十五度時，砲彈的射程最遠。

圖3：伽利略發現砲彈飛行是拋物線(出自1638年的「新科學對話」)

十七、哥白尼的日心說

伽利略有一次在病中接觸到哥白尼的日心說，對於地球和行星按一定的軌道繞著太陽轉動這一革命性學說非十分激動，他希望有一天自已能來證明它。1597年伽利略收到德國天文學家刻普勒的來信，並贈予《神祕的宇宙》一書，開始相信日心說，但對刻普勒提到行星繞太陽的軌道是橢圓形的，不以為然，他仍認為行星繞太陽的軌道是圓形的，因為圓形運動是世界上最自然、最完美的。

在1604年，發生不尋常天象有一顆超新星突然出現在天空中，亮光持續18個月，亞里斯多德曾說，宇宙是永恆不變的。如果他所說的屬實，那麼對於這個忽然出現在天際的星球，又該作何解釋?

它使得已傳述了的二千年的亞里斯多德理論又再次面臨了重大考驗。

於是伽利略趁這個機會，在威尼斯舉辦了幾次科普演講，極為成功的宣傳了哥白尼的學說。

十八、發明伽利略望眼鏡

1609年7月，年屆45歲的伽利略拜訪他在威尼斯的好友薩皮( Paolo Sarpi)。薩皮提及荷蘭一位叫漢斯．利柏黑(Hans Lipperhey，圖4)的鏡片製造商，發明了一種稱為 「望遠鏡」的儀器。薩皮簡單地描述了儀器的結構:在一根管子的兩端分別裝置兩塊鏡片，可放大遠方的物體。

圖4：漢斯．利柏黑

伽利略大感興趣，雖末親見其物，但他整日思考，終於用風琴管和凸、凹透鏡各一片製成一具望遠鏡，放大率為3，其後又提高到9。

伽利略的望遠鏡的確是比較精確:當時大部分的望遠鏡的倍數頂多只能達到三倍，而伽利略的望遠鏡卻高達九倍(圖5)。

圖5：二副伽利略設計製造的望遠鏡，圖中比較大的放大14倍，小的放大20倍。

十九、威尼斯共和國總督購買伽利略望遠鏡

1609年的8月，薩皮聽說威尼斯共和國總督準備以極高的價錢向一位外國設計師購買一架望遠鏡，並來信問他的意見。當薩皮驚訝地發現總督要買的望遠鏡放大倍數只有三倍，而且影像也很模糊時，他立刻建議總督取消交易，向他的好友伽利略購買改良型的望遠鏡，薩皮因此說服這位有錢的威尼斯總督轉向伽利略購買，條件是總督可永久地採用伽利略所設計的望遠鏡。但總督得讓伽利略在帕度亞大學任終身職教授做為交換的條件，還給予他一筆豐厚的薪俸做為報酬，這對一位數學教授而言，是前所未有的高薪。(圖4)

圖6：伽利略示範如何使用望眼鏡(作者Giuseppe Bertini)

二十、被聘為宮廷數學家

但不幸地，一切並不如計畫中的順利。威尼斯總督在合約中提及的協議事項與他的口頭承諾完全不符。調高的薪俸根本不是事前所約定的數目，而契約上另有許多令人不悅的規定，讓伽利略大為憤怒，並立即著手向他處探聽新的工作機會。當他聽說佛羅倫斯宮廷的數學家出缺，便毫不猶豫地趕去晉見佛羅倫斯的統治者科西摩大公(Grand Duke Cosimo)並展示他最新型的望遠鏡。

在一連串戲劇性的示範後，望遠鏡驚人的威力被科西摩大公讚譽為人類史上最偉大的發明，立刻聘他為宮廷數學家和哲學家。而這位科學家也答應將儘快地遷移到那兒去。