伽利略(4)〈近代物理学的奠基者〉 江铭辉 五梦网

十五、认识玛丽娜

利略讲的课非常精彩，他的事业一帆风顺地发展着，还在外面兼课。生活逐渐改善，有一次去威尼斯的旅行中，伽利略遇见了美丽而单纯的姑娘玛丽娜(Marina Camba)，并爱上了她。不久同居了，但未结婚。二人拥有2个女儿、1个儿子，直到1610年，伽利略迁离，留下玛丽娜，才告分离。就在这期间，伽利略发明了制图用的比例仪和空气温度计。

十六、斜面和炮弹

因为没有准确的测时器，所以伽利略在比塞塔做的实验遭受到质疑。制造钟摆时钟又大费周章，1593年，伽利略想到设计一块斜板让球滚下。这方法可使球下降的速度减慢。可以很容易计算，球由高处滚到地面时间，至于如何计算时间，他利用一个装满水的大桶，在底部开了个小孔，冷水从小孔慢慢滴到下面的小桶子。然后小桶收集的水量去计算时间，如此可知道球滚下所需要的时间单位。经过实验之后，伽利略发现球不论是沿着斜面或垂直落下，如果只有落下的高度相同，时间也相同。如果两个物体，不管重量如何，任其落下或沿着斜面滚落，距离相同，它们一定会在相同的时间到达终点。

    这段时期，伽利略设计并出售机械计算装置给威尼斯军队领袖，因为这方面的接触，逐渐对弹道学产生了浓厚的兴趣。经过研究后，他发现大炮发射的炮弹是受到重力和大炮内部引爆的冲力这两种力的影响。他并指出，如果只有冲力而没有重力，炮弹会以等速前进。可是，从自由落体实验中，他知道炮弹会因重力的关系，而加速度落到地面。他指出两种力共同作用在炮弹上的结果，会使炮弹以拋物线的弹道发射出去(图3)，更发现炮口与地平线成四十五度时，炮弹的射程最远。

图3：伽利略发现炮弹飞行是拋物线(出自1638年的「新科学对话」)

十七、哥白尼的日心说

伽利略有一次在病中接触到哥白尼的日心说，对于地球和行星按一定的轨道绕着太阳转动这一革命性学说非十分激动，他希望有一天自已能来证明它。1597年伽利略收到德国天文学家刻普勒的来信，并赠予《神秘的宇宙》一书，开始相信日心说，但对刻普勒提到行星绕太阳的轨道是椭圆形的，不以为然，他仍认为行星绕太阳的轨道是圆形的，因为圆形运动是世界上最自然、最完美的。

在1604年，发生不寻常天象有一颗超新星突然出现在天空中，亮光持续18个月，亚里士多德曾说，宇宙是永恒不变的。如果他所说的属实，那么对于这个忽然出现在天际的星球，又该作何解释?

它使得已传述了的二千年的亚里士多德理论又再次面临了重大考验。

于是伽利略趁这个机会，在威尼斯举办了几次科普演讲，极为成功的宣传了哥白尼的学说。

十八、发明伽利略望眼镜

1609年7月，年届45岁的伽利略拜访他在威尼斯的好友萨皮( Paolo Sarpi)。萨皮提及荷兰一位叫汉斯．利柏黑(Hans Lipperhey，图4)的镜片制造商，发明了一种称为 「望远镜」的仪器。萨皮简单地描述了仪器的结构:在一根管子的两端分别装置两块镜片，可放大远方的物体。

图4：汉斯．利柏黑

伽利略大感兴趣，虽末亲见其物，但他整日思考，终于用风琴管和凸、凹透镜各一片制成一具望远镜，放大率为3，其后又提高到9。

伽利略的望远镜的确是比较精确:当时大部分的望远镜的倍数顶多只能达到三倍，而伽利略的望远镜却高达九倍(图5)。

图5：二副伽利略设计制造的望远镜，图中比较大的放大14倍，小的放大20倍。

十九、威尼斯共和国总督购买伽利略望远镜

1609年的8月，萨皮听说威尼斯共和国总督准备以极高的价钱向一位外国设计师购买一架望远镜，并来信问他的意见。当萨皮惊讶地发现总督要买的望远镜放大倍数只有三倍，而且影像也很模糊时，他立刻建议总督取消交易，向他的好友伽利略购买改良型的望远镜，萨皮因此说服这位有钱的威尼斯总督转向伽利略购买，条件是总督可永久地采用伽利略所设计的望远镜。但总督得让伽利略在帕度亚大学任终身职教授做为交换的条件，还给予他一笔丰厚的薪俸做为报酬，这对一位数学教授而言，是前所未有的高薪。(图6)

图6：伽利略示范如何使用望眼镜(作者Giuseppe Bertini)

二十、被聘为宫廷数学家

但不幸地，一切并不如计划中的顺利。威尼斯总督在合约中提及的协议事项与他的口头承诺完全不符。调高的薪俸根本不是事前所约定的数目，而契约上另有许多令人不悦的规定，让伽利略大为愤怒，并立即着手向他处探听新的工作机会。当他听说佛罗伦萨宫廷的数学家出缺，便毫不犹豫地赶去晋见佛罗伦萨的统治者科西摩大公(Grand Duke Cosimo)并展示他最新型的望远镜。

在一连串戏剧性的示范后，望远镜惊人的威力被科西摩大公赞誉为人类史上最伟大的发明，立刻聘他为宫廷数学家和哲学家。而这位科学家也答应将尽快地迁移到那儿去。