伽利略真正的伟大之处在哪里？

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伽利略真正的伟大之处在哪里？

原创 马里奥·利维奥 图灵新知 2024-03-29 19:00 北京


伽利略真正的伟大之处在于，他不仅知道怎么在实践中改进这架望远镜，而且，他知道应该利用自己发明的这个增强视力的密闭管来干些什么。

在 1604 年 10 月 9 日的夜晚，维罗纳、罗马和帕多瓦的天文学家们惊恐地发现天空中有一颗星星迅速地变亮，其亮度甚至超过了天空中其他所有的恒星。身在布拉格的让·布朗诺斯克（Jan Brunowski）是一名专为皇室提供服务的官方气象学者，他在 10 月10 日也看到了这一天文现象，这使他陷入了极大焦虑，并迅速将这一情况通知了开普勒。连续数日的阴云使开普勒没办法观察天空。直到 10 月 17 日，开普勒才第一次看到这颗星星，从此连续观察了一年左右的时间，并最终在 1606 年出版了关于这颗“新星”的书。

今天我们已经知道，1604 年天空中的景象并不代表着诞生了一颗“新的星星”，而是意味着一颗衰老的“旧的星星”在爆炸后的死亡。如今，这个事件被称为“开普勒超新星”。当年，这颗超新星在帕多瓦引起了巨大的轰动。伽利略在 1604 年 10 月用肉眼观察了这颗新星，在之后的 12 月和次年 1 月，他就此现象在公众面前发表了三次演讲。为声讨迷信思想，伽利略在演讲中提出，这颗新星在天空中的位置（相对于天空中其他恒星）没有明显的移动（视差），说明这颗新星位于月球范围之外。这次观测的重大意义无可估量。在亚里士多德学说的世界里，天空中的所有变化都应当严格限定在月亮这一边，比这更远的恒星所形成的球面不可能改变，是神圣不可侵犯的。

实际上，这种“神圣不可侵犯的球面”理论早在 1572 年就已经开始动摇了。当时，丹麦天文学家第谷· 布拉赫（Tycho Brahe，1546—1601）观察到了另一颗恒星的爆炸，现在我们将它称为“第谷超新星”。1604 年的事件实际上是为亚里士多德宇宙论的棺材钉下了另一颗钉子。但是，人类理解宇宙的真正突破既不是来自理论推测，也不是通过肉眼观察得到的。事实上，使用凸面玻璃透镜和凹面玻璃透镜进行的简单观测实验，才让人类对宇宙的认识有了真正的突破。人们发现，把凸面玻璃透镜和凹面玻璃透镜放在一条直线上，让两者相距大约 33 厘米左右，通过透镜组看出去，就会发现远处的物体似乎就在眼前，这就是望远镜的雏形。

到了 1608 年，这种观测仪器已经在全欧洲迅速普及，有一位荷兰人和另两位法兰德斯光学仪器制造商甚至为此申请了专利。关于这种神奇仪器的传言传到了威尼斯神学家保罗·萨比（Paolo Sarpi）耳中，他于 1609 年 3 月前后把这个传言告诉给了伽利略。为了在第一时间证实信息的真实性，萨比还特地给在巴黎的朋友雅克·巴都奥瑞（Jacques Badovere）写了一封信，询问传言的真伪。按照伽利略自己的说法，他被“渴望看到美丽事物的心情所控制”。后来，伽利略在他 1610 年 3 月出版的一本著作《星际信使》中叙述了这件事：

“大约 10 个月前，我听说一个法兰德斯人制造了一种望远镜。通过它，观察者可以把距离非常遥远的物体看得非常清楚。为了验证这种被传得神乎其神的仪器，好像还进行了一些相关实验，有些人相信它是真的，也有些人认为这根本不可能。过了几天，法国巴黎尊贵的巴都奥瑞先生给我的来信中证实了它的存在，这促使我全身心地投入研究其工作原理之中。通过研究，我自己也发明了一种与之类似的仪器。我所做的这些研究工作，不久之后就成了我的光学折射理论的主要内容。”

这件事证明了，伽利略具备与阿基米德同样的创造性实践思维，这也正是阿基米德性格中的典型特征。伽利略知道望远镜能被造出来后，很快就研究出望远镜的工作原理是什么，以及它是怎么制造出来的。不仅如此，在 1609 年 8 月到 1610 年 3 月期间，伽利略在使用自己发明的望远镜观察天空时，还在不断地改进它，最终把自己发明的望远镜的放大倍数从大约 8 倍提升到了大约 30 倍，这本身就需要有相当高超的工程技巧。但是，伽利略真正的伟大之处在于，他不仅知道怎么在实践中改进这架望远镜，而且，他知道应该利用自己发明的这个增强视力的密闭管（伽利略称之为 perspicillum）来干些什么。伽利略制造和改进望远镜的目的不是观察威尼斯港口外的轮船，也不是检查帕多瓦城市建筑的屋顶。他把望远镜对向了天空。

接下来发生的事是科学史上前所未有的，正如科学史学家诺埃尔·斯维德劳（Noel Swerdlow）指出的：“在两个月的时间里，即 1609 年的 12 月至 1610 年的 1月，他的发现改变了世界。过去没有人，今后也不大可能有人能与他相比。”事实上，2009 年被命名为“国际天文年”，就是为了纪念四百年前伽利略对星空的那次观察。伽利略究竟做了什么，使他成为一位不同凡响的传奇般的英雄？他利用自己制造的望远镜观察天空，最终取得了许多震惊世人的成果，这里我只列举其中的一小部分。

当伽利略把望远镜转向月亮，重点观察月球明暗相交的分界线（这条线把月亮的黑暗和光明部分区分开来）时，他发现这个天体的表面十分粗糙，上面有山脉，有巨坑，也有广阔的平原。他还观察了光线是怎样出现又如何被黑暗吞噬，而最初那些针尖般的亮点是如何逐渐扩大延伸，就像太阳在地球上升起时驱散山顶的黑暗一样。他甚至利用几何学知识计算了其中一座山峰的高度，根据他的计算，这座山峰至少有 6400 米高。这还不算完，伽利略观察到当月亮处于新月状态时，黑暗的那部分并不是完全黑暗，也能被微弱的光给照亮。从这个现象分析，他认为这是由于地球能反射太阳光。正如地球被满月照亮一样，伽利略确信，月球表面也同样沐浴在地球所反射的太阳光线中。

虽然这些发现并不是全新的，但是伽利略提供的证据将过去那些与此相关的争论提升到了一个全新的高度。在伽利略之前，天空和地面之间有明显的区分，也就是说，研究天空的理论和研究地球的理论是截然分开的。这种差异不仅仅是在哲学上或科学上，大量古代的神话、宗教的教义、浪漫的诗歌、美学的感悟都围绕着天空和地面的差异展开。而现在，伽利略却高声说，很多事是我们过去从未想象过的。与亚里士多德学派相反，伽利略把地球和天体（月亮）当成同一类型的天体：两者都有坚固的、起伏不平的表面，它们都反射太阳光。

伽利略并不满足于仅仅对月亮的观察，又将他的目光投向了更远的天体——行星，它们被古希腊人戏称为夜晚星空中的“漫游者”。从 1610 年 1 月 5 日开始，伽利略把他的望远镜转向了木星，令他惊讶的是，他发现有三颗过去从未被报道过的星星，它们似乎呈一条直线横越过木星，其中两颗在东面，一颗在西面。在之后的几天里，伽利略观察到这几颗与木星有密切关系的星星还不断地变换它们在天空中的位置。在 1 月 13 日，伽利略发现了第四颗与前三颗十分类似的星星。经过一周的仔细观察后，伽利略得出了一个震惊世人的结论，就像月亮是地球的轨道卫星一样，他认为这四颗星星实际上是木星的轨道卫星。

所有能给科学史带来巨大冲击的伟大人物，都有一种明显区别于普通人的才能，那就是他们都具有一种深刻的洞察力，能从众多相差无几的结论中迅速找出究竟哪一项发现才是真正有价值的。此外还有一种品格，或许也是许多有影响力的科学家所共同具备的：他们能深入浅出地介绍自己的科学发现，并能让其他人很容易就理解他们的观点。伽利略在这两方面都是大师级人物。

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作者：[美] 马里奥·利维奥（Mario Livio）

译者：黄征