武際可：打開近代科學之門的對話

　　提要 文章在簡要介紹了伽利略生平后，介紹了他的《關于兩門新科學的對話》。撮要說明這本書出版的困難，它的意義和簡要內容。并且摘取了書中關于批駁亞里士多德錯誤的兩段精彩的對話。

　　關鍵詞 伽利略 關于兩門新科學的對話 力學史 物理史 科學史

　　1.引言

　　伽利略(Glileo Galilei,1564，2，15－1642，1，8)是最偉大的科學家之一，他出生于意大利的比薩，父親是一位音樂家。1581年，當伽利略17歲時，來到比薩大學學醫(yī)。在學校里，他以數(shù)學和物理見長，而且因為善于辯論而聞名全校。

　　伽利略的一生，大致可以分為三個時期：在比薩大學任教三年（1589－1591），在帕多瓦（Padua）大學任教18年（1592－1610），之后他回到佛羅倫薩任托斯康大公爵的首席哲學家和數(shù)學家（1610－1642）。

　　 伽利略一生以對話體寫了兩本不朽的著作，即：《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》與《關于兩門新科學的對話》。這兩本書，都是以三個人：薩爾維亞蒂、沙格里多和辛普利修進行4天對話的形式寫成。前2人分別代表伽利略的化身和他的朋友，第3人則代表受舊學說影響較深而又有探求興趣的發(fā)問者。

　　2.伽利略《關于兩門新科學的對話》

　　為了說明伽利略《關于兩門新科學的對話》的出版的艱巨，我們需要簡略介紹一下他的《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》。

　　1624－1630年，伽利略花了很大的精力寫出了巨著《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》，并于1632年出版。這本書全面而系統(tǒng)地討論了哥白尼日心體系和托勒密地心體系的各種分歧，并以作者的許多新研究成果和新闡釋的慣性原理揭示了哥白尼體系的正確和托勒密體系的謬誤。

　　該書的出版激怒了教會，1633年2月宗教法庭把伽利略傳到羅馬，并于1633年3月12日審判。宗教法庭強迫年近古稀的伽利略認錯，責令他居住在被指定的佛羅倫薩郊區(qū)，不得離開，并且不許他寫的《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》流傳。在這樣的條件下，伽利略要出版任何新的著作所遇到的困難是可想而知的。

　　宗教法庭對伽利略的審判與迫害，是整個人類歷史上黑暗勢力迫害科學發(fā)展的典型。隨著科學的發(fā)展，越來越證明這種迫害的荒唐。在判決伽利略359年后，梵蒂岡終于認識到1633年判決的錯誤，一個教皇的委員會在1979年組成了。1983年，羅馬教廷才宣布“給伽利略定罪的法官犯了錯誤”。經過這個委員會13年的調查研究，羅馬教皇終于在1992年作出了對伽利略正式平反的決定。

　　《關于兩門新科學的對話》出版于1638年，是伽利略積數(shù)十年研究工作的總結，它是伽利略最重要的著作之一。

　　在經過因《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》而受的審判后，伽利略對于這后一本《對話》表現(xiàn)得更為重視、謹慎，也更為機警。

　　從伽利略遺留的信件中，有早在1602年11月29日寫給Guidobaldo del Monte的涉及重體沿圓弧與所對的弦下落的信，有1604年10月16日給Sarpi關于重體自由下落的信，還有在1609年2月11日寫給Antonio de’ Medici的信說他已經“完成了屬于不同長度、厚度和形狀的梁的受力和強度的所有的定理和實證�！边@說明，從伽利略著手研究《兩門新學科的對話》的內容直到這本書的出版，是經過了近40年的歷程。

　　對于經受由于《兩個世界體系對話》遭受審判的打擊的伽利略來說，如何使《兩門新科學的對話》能夠順利出版，的確需要有相當?shù)闹腔邸?/p>

　　伽利略最初探討在羅馬或威尼斯出版，結果都沒有可能。最后他不得不托好友把書稿帶到宗教勢力所達不到的境外出版。該書的正文前面的一封伽利略給Noailles伯爵的簡短的獻詞充分表現(xiàn)出他的睿智。字面上他假裝對印刷這本書什么也沒有做，聲稱將永不出版他的任何著作，最多是把他的手稿分發(fā)到這兒或那兒。他甚至對他的新《對話》落入埃爾塞弗（16到17世紀歐洲之大印刷家，譯者注）的手中而且很快就出版表示大為驚詫，由此被要求寫一個獻詞。

　　伽利略《關于兩門新科學的對話》以對話體討論了他對兩門新科學――材料力學與動力學――的研究結果。全書分四天談話，第一、二天是關于材料強度和物體受力的問題，第三、四天是關于動力學問題。

　　伽利略是一位偉大的科學家和思想家。人們說他是現(xiàn)代科學之父，是很有道理的。他是繼古希臘之后，經過一千多年歐洲黑暗時期，公開向宗教的權威、向亞里斯多德關于動力學的錯誤、向舊知識及其方法體系公然宣戰(zhàn)的第一人。

　　人們說伽利略是科學實驗之父，在這本書中，他系統(tǒng)描述了如何通過大量實驗為新科學（材料力學和動力學）奠定了基礎。人們說伽利略是最早把物理與嚴格的數(shù)學結合的第一人，在這本書中，他正是系統(tǒng)利用到他那個時代的數(shù)學去解決物理問題和論證新的物理定律，從而打開通向現(xiàn)代精密科學的大門。人們說伽利略是開創(chuàng)動力學的第一人，這本書的大部分內容正是他關于落體、拋體和動力學基本規(guī)律方面研究的總結。

　　伽利略在《關于兩門新科學的對話》中提出了固體的強度問題、介紹了他最早進行的梁的強度的實驗、提出了等強度梁的概念、討論了在重力下物體尺寸對強度的影響、提出了落體最速下落曲線問題、給出了重力場下能量守恒的早期敘述、給出了簡單情形下的虛功原理、討論了大氣壓力問題、敘述了擺的等時性現(xiàn)象、第一次將音樂的聲調與物體的振動聯(lián)系起來、提出了光傳播速度的概念并且給出了一種測量光速的設想，等等。書中提出的新概念和新思想，無不對后來的科學發(fā)展以深刻的影響。

　　3. 《關于兩門新科學的對話》的精彩片斷

　　牛頓的《自然哲學的數(shù)學原理》在不多的幾個定義之后，接著就是著名的“三大定律”。似乎這些原理是牛頓悟出來的，也無需什么解釋。

　　其實，在探求運動規(guī)律的問題上，人類走過了漫長的路。而關鍵的一步，是伽利略的研究。正如伽利略在書中所說：“在自然界，沒有比運動更古老的了，關于它哲學家們寫了不少的書；
不過我借助于實驗發(fā)現(xiàn)了它的某些性質，這些性質是值得知道的，并且是迄今為止還沒有被觀察和論證的�！�

　　動力學的發(fā)展，所面對的最為嚴重困難就是亞里士多德統(tǒng)治了一千多年的錯誤結論。這些錯誤結論歸結起來無非是兩條：一是物體下落速度與其重量成比例，二是物體在介質中所受的阻力與介質的密度成比例。

　　關于第一個問題，根據(jù)亞里士多德的學說，物體在同一介質中運動，由它們的重量決定了它們具有不同的本性速度。我們來看伽利略批駁這個結論的對話：

　　“薩爾維亞蒂：那么，如果我們取兩個本性上速度不同的物體，顯然當把二者合起來時，較慢的物體將使較快的物體有些減速，而較快的物體將使較快的物體有些加速。難道你不同意我的這一意見嗎？

　　辛普利修：你無疑是對的。

　　薩爾：但是如果這是真實的，并且如果一塊大石頭具有速度8，而一塊較小的石頭具有速度4，那么當它們合在一起時，系統(tǒng)將以比8為低的速度運動；
而當把它們綁在一起時就變成一塊比以前以8的速度運動的石頭還要大的石頭。所以重的物體比較輕的物體以較低速度運動；
結果是與你的推測相矛盾的。由此你可以看到，我如何從你假設較重的物體比較輕的物體運動得更快中推出較重的物體運動較慢。

　　辛普：我像墜入大海一樣，因為在我看來，較小的石頭被加在較大石頭上時增加了它的重量，但我看不出為什么增加重量不提高它的速度，或者至少不降低速度。

　　薩爾：辛普里修，這里你又犯了一個錯誤，因為說較小的石頭給較大石頭加了重量是不對的。

　　辛普：這的確是在我理解能力之外。

　　薩爾：一旦告訴你使你苦惱的錯誤，這就不在你理解能力之外了。注意，必須區(qū)分運動中的重物與處于靜止的同一物體。一塊處于平衡的大石頭不僅具有另一塊置于其上的石頭附加的重量，而且還要附加一束亞麻，其重量依亞麻的量增加了6 10盎士。但是如果你把亞麻綁在石頭上并且讓它們從某一高度自由下落，你相信亞麻將向下壓石頭使其運動加速呢，還是認為運動將被部分向上的壓力減緩？當一個人阻止停在他身上的一個重擔運動時總是感到在他肩膀上的壓力；
但是如果他以恰如下落重擔的速度下降，重擔是向下加對他加重還是向上壓他呢？正如當你打算用一根長矛刺一個人，而他正在以一個等于甚至大于你追他的速度遠離你，難道你沒有注意到與剛才的情形是相同的嗎？由此你必然得出結論，在自由地和自然地下落過程中，小石頭不會對大石頭施壓，結果不會像靜止時那樣增加后者的重量。

　　辛普：但是如果我們把大石頭放在小石頭之上將會怎樣呢？

　　薩爾：如果較大石頭運動更快，其重量會增加；
但是我們已經得出結論說，當小石頭運動較慢時，它就在一定程度上阻止速度更快的物體，以至于兩者合成一塊比兩塊石頭中的較大石頭還重的石頭，它將以較慢的速度運動，這個結論是與你的假設相反的。于是我們推論，倘若它們受同一比重，大的和小的物體是以相同的速度運動的。”

　　關于亞里士多德的第二個錯誤，《對話》在引進許多實驗進行反駁后，借薩爾維亞蒂的口作結論說：

　　“薩爾：……我們已經看到不同比重的物體速度之差在那些阻力最大的介質中是十分顯著的：例如，在水銀介質中，黃金不僅比起鉛來沉底更快，而且它根本是僅有的下沉的物質；
所有其他的金屬和巖石都漂浮在表面。另一方面，在空氣中黃金、鉛、銅和巖石以及其他重材料的球之間速度的變化是如此的微小，從100庫比特高（一種長度單位）下落的黃金球保險不會超前于黃銅球四指寬。觀察到這一點，我得出結論是：在完全沒有阻力的介質中所有的物體以相同的速度下落�！�

　　伽利略《關于兩門新科學的對話》的精彩內容，表現(xiàn)在所涉及兩門新科學的許多課題上。要深入領略這些人類思想的閃光點，只有通讀原書。

　　4. 《關于兩門新科學的對話》現(xiàn)實意義

　　伽利略《關于兩門新科學的對話》出版到現(xiàn)在雖然已經經過了三百六十多年的歷史，但是現(xiàn)在讀起來，仍然收獲很多。

　　在科學技術高速發(fā)展的今天，人們所從事研究的分工越來越細，所掌握的知識領域越來越狹窄。在這種條件下，當我們重新研讀古代大師們的著作時，大師們的思想閃光常常會啟發(fā)我們今天的研究，使我們跳出分工的狹小圈子，從更廣的角度思考問題，推動我們的研究。

　　為了追尋力學的早期發(fā)展，作為對力學史有興趣的學者，特別是高等學校講授理論力學和材料力學課程的教師們，如果他們要了解這兩門學科的最早歷史、以人類探求真理的艱辛歷程去感染學生的話，伽利略的這本書是不可不讀的。它可以使我們理解伽利略對科學的貢獻以及伽利略時代人們對力學問題的理解。

　　近代精密科學是從力學開始的，而經典力學的動力學又是從伽利略的這本書開始的。所以凡是有興趣尋找現(xiàn)代科學發(fā)展軌跡的人，這本書也是不可不讀的。

　　從現(xiàn)代科學發(fā)展水平來看，伽利略所處時代的那些研究工作，凡是具有高中文化水平的讀者都是能夠看懂并且從閱讀中獲益的。伽利略這本書體現(xiàn)的伽利略研究的科學方法也是近代科學方法的精髓。作為現(xiàn)代社會的人，不可不熟悉現(xiàn)代科學，不可不了解現(xiàn)代科學的方法論。而閱讀伽利略的這本書，可以了解現(xiàn)代科學方法論的源頭。所以把它作為一本物理學、力學和現(xiàn)代科學方法論的啟蒙讀物，也是非常合適的。

　　我是抱著學習的態(tài)度翻譯伽利略的《關于兩門新科學的對話》的。伽利略的原書是用意大利文寫作的，我不懂意大利文，只好從英文翻譯本譯出。譯本是從1914年美國學者亨利等（Henry Crew 和Alfonso de Salvio）的英譯本譯出的�，F(xiàn)在這本書的中譯本已經由北京大學出版社出版（定價18圓）。希望讀者在閱讀之余，對譯稿提出寶貴意見。

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　　刊登于《力學與實踐》MECHANICS IN ENGINEERING2006 Vol.28 No.5 P.89-9，作者授權天益發(fā)布。

　　英文標題：Dialogue of Openning the Door of Modern Mciences

　　 ――Introdoction to Galileo”s Book《Dialogue Concerning Two New Sciences》

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