世界不思議

伽利略:這個讓牛頓、愛因斯坦膜拜的人,為人類重新發現了星空

1609年,一個靜謐的秋夜。天色終於暗了下來,帕多瓦大學的一個青年教授,已經迫不及待地把一架剛剛改造組裝好的望遠鏡,瞄向了黑沈沈的蒼穹。一副讓他意想不到的震撼場景,清晰呈現在小小的鏡片之上。之前只能看到的寥寥無幾的星座,突然間遍佈整個星空;原本模糊不清的銀河,變成了一條綴滿寶石一樣的星帶;而在人們原本認為完美光潔的月亮上,表面竟然佈滿凸凹不平的高山峽谷……他甚至觀察到了,在環繞木星的軌道上,竟然有從未見到過的四顆陪星,它們簇擁著木星有規律地環繞著,如同國王的出巡威嚴而亙古不移。一個更加璀璨奪目的星空,一個更加浩瀚神秘的宇宙,被這個望遠鏡放大的目光刺穿,從人們認知的黑暗中跳了出來。這個年輕的觀星者,彷彿掌握了“天空的權杖”,重新為人類發現了星空。他就是被愛因斯坦譽為“現代科學之父”的科學宗師——伽利略。美國傳記作家達娃·索貝爾,在《伽利略的女兒——科學、信仰和愛的歷史回憶》一書中,以女性特有的細膩筆觸,詳實生動地講述了伽利略的家庭生活、他的科學研究、他和羅馬教廷的恩怨爭執,以及他在探索星空和自然法則的過程中,為人類做出的傑出貢獻。在完整分析伽利略和大女兒瑪利亞之間留下的 124 封通信中,作者為我們還原了一個鮮活生動的伽利略,他不再是我們的課本裡一本正經做斜塔實驗的科學家,也不再是我們印象中和羅馬教廷激烈對抗的先行者。他是一個慈愛的父親,一個愛好“打嘴炮”的學者,一個一心登上最高學術權威寶座的野心家,一個左右逢源阿諛權貴的夾縫倖存者。但這一切,都不影響他成為整個人類時代最傑出的科學家之一。他不僅為人類撥開了頭頂星空之上籠罩千年的迷霧,而且奠定了用實驗探索科學原理的學術根基,讓我們更加接近世界運行的真相。最重要是,他用無畏的求知精神,點燃了一代又一代勇於探索的人類勇士心中熱情,讓我們懂得了,仰望星空追求思想的自由,才是最美好的信仰!

(01)抬頭仰望璀璨的群星,是對真理不懈的追求開始於十五世紀的偉大的文藝復興運動,喚醒了在中世紀中沈睡了數百年的歐洲。到了17世紀,意大利成為歐洲文化藝術的中心,但也經歷著歷史中最黑暗的時期。這片暗流湧動的大地之上,戰爭在肆意進行破壞和蹂躪,百姓忍受著重稅的負擔。天主教會在精神上實施嚴厲控制,持有異見學者們被迫流亡,稍有進步意義的研究被當局限制,就連出版書籍都會受到嚴格檢查。星辰在暗夜之中默默運轉,人類還處在科學認知的黑幕之中。1600年,多明我會修士喬爾丹諾.布魯諾,在羅馬被處以火刑。經歷了八年的輾轉流亡,他背井離鄉,翻越阿爾卑斯山,逃亡數千里,還是沒有逃脫宗教裁判所的死亡陰影。而在比他更早的時候,半個世紀前尼古拉·哥白尼就已經提出以太陽為中心的宇宙學說理論。只是當時支持這一理論的人比較小眾,也沒有引起教廷的關注,因此不了了之。但布魯諾在抨擊教廷、宣揚赫爾墨斯泛神論的著作中,曾出現這樣一個觀點:“不止地球不是宇宙的中心,太陽也不是,宇宙沒有中心,有無數的星球,每個星球都有它的神。”這就觸動了教廷的根本利益,這種說法,不僅與《聖經》的記載在運動的說法衝突,而且還說不只有上帝一個神。於是布魯諾遭到了教會的嚴厲懲罰。在烈火中,布魯諾拼盡全力喊出最後一句話:“火並不能把我征服,未來的世界會瞭解我,知道我的價值的!”熊熊火光,焚燒了先行革命者的軀體,卻點燃了眾多追求真理希望的火種。

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此時的伽利略,正醉心於用先進的方法,不斷改進望遠鏡的觀察倍數。他計算著玻璃的最佳形狀和安放位置,自己動手仔細研磨透鏡,不久之後,他製作的望遠鏡,已經能夠把物體放大20倍了。他把這些先進的望遠鏡投向夜空,發現了越來越多的星空秘密。這一切都被他興奮地記錄下來:行星是渾圓的天體,整個球面上充滿光亮;恆星則沒有圓形的周界,火光在它們周圍抖動……在威尼斯的帕多瓦大學的任教期間,是他科學活動的黃金時期。他研究了大量的物理學問題,如斜面運動、力的合成、拋射體運動等。他還對液體與熱學作了研究,發明了溫度計。他從實驗中總結出自由落體定律、慣性定律和伽利略相對性原理等,從而推翻了亞里士多德物理學的許多臆斷,奠定了經典力學的基礎,反駁了托勒密的地心體系,有力地支持了哥白尼的日心學說 。他看到了黑子不斷地從太陽表面爬過,而“愛情之母”金星,和月亮一樣週而復始經歷盈虧諸相。一項又一項舉世矚目的重大發現,打破了黑夜的沈寂,賦予了星空璀璨的光芒,他為世人揭開了宇宙深處的神秘面紗,讓人們以全新的目光,重新審視頭頂這片浩瀚的星空。他首次在科學實驗的基礎上融匯貫通了數學、物理學和天文學三門知識,擴大、加深並改變了人類對物質運動和宇宙的認識。黑夜是時間的原型,我們都是一無所知的產物。伽利略用無可辯駁的觀察和實驗,向世人提出了嶄新的理念,把人類自身與遙遠宇宙前所未有地緊密聯繫在一起,我們身體中的每一個原子,都可能來自一顆遙遠的恆星。如同勞倫斯·M·克勞斯所說,從天文研究之中,我們得到了最富詩意的定理:你的一切都是星辰。

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(02)追逐至高權勢,贏得世俗榮光身處黑暗的時代,科學家也要小心翼翼活下去。在不斷探索科學真理的路途上,伽利略也在追逐世俗的權勢之中左右逢源。一系列學術上的重大發現,給伽利略的生活帶來了實實在在的好處。1610年,他被任命為托斯卡納大公的首席數學家和哲學家,並遷往佛羅倫薩,到科西莫·德梅迪契的宮廷去上任,他終於實現了人生的一個小目標,就是成為王公貴族們的御用教師。但是,哥白尼著作的被禁、布魯諾的被燒死讓他明白,用“日心說”代替“地心說”,必將得罪強大的教會勢力。他必須以相對曲折的方式,讓真理取代謬誤。為此,他不得不低下高傲的頭,讓自己的科學發現為貴族的虛榮服務,並不遺餘力地向當權者靠近。在發現木星的陪星之後,他立刻把它作為禮物,送給了當時佛羅倫薩的主宰者—梅迪契家族的公爵柯西莫二世。在自己的新書《星的使者》中,他用長篇大論讚頌了爵爺的高尚德行,如同天上的星星一樣耀眼,並把新發現的這些星星命名為柯西莫星。可惜柯西莫公爵更喜歡梅迪契星這個名字,伽利略自然不敢違拗,馬上把這些星星重新改名。只不過此時那本新書《星的使者》已經印出來了。於是伽利略只好把500多本書逐一修補,用小紙片貼在修改的書頁上面。但這些卑躬屈膝換來的身份,依然庇護不了伽利略日漸離經叛道的研究。他的目標,是要成為教皇的官方數學家和天文學家。

1623年,新任教皇烏爾班八世在羅馬登上了聖彼得寶座。伽利略得知這一消息後興高采烈,原來,在這位新教皇還是紅衣大主教的時候,他們兩人就交往密切。在一次佛羅倫薩的宮廷晚宴上,伽利略曾向烏爾班八世展示過他的望遠鏡,兩人還就浮體的辯論達成了難得的一致意見。這位未來的教皇,當年還曾為伽利略寫過一首詩,其中提到“伽利略的鏡子”讓他看到了奇景。更重要是的,這位新任教皇具有濃厚的科學研究興趣,為羅馬教廷帶來了一股清新的追求學問的精神風尚。這一切,讓一直謀求更高學術權勢的伽利略,彷彿發現了重大機遇。於是,他開始大膽撰寫一篇早已醞釀多時的劃時代論文。在這篇文章中,他提出了兩種宇宙論,就是太陽中心說和地球中心說。1624年,伽利略獲得至高的榮譽,被召喚去羅馬晉見教皇,他也加緊了為其著作謀取印刷許可證的工作。由於和教皇的親密關係,他的這部內容和教義明顯不符的著作,經過了教會反覆修改,最終還是通過了審查。1632年,《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》正式發表。此時的伽利略,達到了自己學術地位的最高峰。所到之處皆是著名學者環繞,人們鮮花相迎,通宵達旦為他舉行酒會,熱烈討論他的最新學說。他的生活條件也得到了極大改善。教皇親自賜予伽利略一份比薩大教堂牧師的薪俸,再加上之前已經是佈雷西亞大教堂教士的薪水,每年可以從教堂收入中得到100個斯庫多。同時,在之前他被任命為比薩大學的首席數學家時,每年還可以領取1000個斯庫多。他還明確要求,在大學任職頭銜上加上“哲學家”的字樣,以便給自己帶來更高的聲望。此時的伽利略,已經成為那個時代最成功的大學者。

(03)用深沈的父愛,保護家庭免遭暴風雨襲擊常年沈浸在學術研究之中,伽利略忽視了家庭的建設。再加上伽利略在事業和親情之間,總是把事業放在第一位。於是,在家庭生活上,伽利略的處境簡直就是一團糟。大女兒瑪利亞是一個私生女。所以在當時登記的出生文件上,父親的一欄是空缺的。孩子的母親是一個比伽利略小 15 歲的姑娘,他們沒結婚,但生了三個孩子。兩個是女兒,一個是兒子。1600年,伽利略的大女兒出生。在伽利略的三個孩子中,只有這個女兒,不僅繼承了父親身上求知的才華,和勤奮敏感的個性,而且也在感情上和父親最親密,因此,在長大之後,她成為了父親最知心的朋友和最得力的助手。在伽利略的妹妹維爾吉尼婭下葬後的第二天,他的大女兒給他寫了一封長長的信件。這是他和自己的長女之間的第一封通信。女兒在心中安慰痛失親人的父親,勉勵他早日走出悲傷。從此,這對父女開始了長達幾十年不間斷的書信往來。在這個女兒13歲生日後不久,父親伽利略就把她送進了阿切特裡的聖馬泰奧女修道院。後來,他又把小女兒也送進了修道院。這個看來是冷酷的、不近人情的安排其實是深具愛心的。除了家境困頓與健康原因外,伽利略這麼做是為了讓她們能平安生活。伽利略很早就明白,自己的研究和發現,最終一定會觸怒教會,並遭到妒忌者的攻擊。他必須讓自己最親密的家人,躲避來自外部世界的猛烈攻擊。於是修道院就成了最安全的庇護所。

在那裡,女兒得到足夠的保護,避免了外界對父親攻擊的波及。如此安排,也讓伽利略在追求科學的坎坷之路上,時時得到父女心靈交融的慰藉。女兒大力支持父親的事業,在父女常年不斷的通信中,女兒關心父親的健康狀況,也為父親取得的成就而驕傲不已。後來,她成為修女時,起了瑪利亞·切萊斯特的教名,其中的切萊斯特,就是星空的意思。當她得知父親被教皇這樣的大人物接見後,感到欣喜萬分,還好奇地請求父親把教皇寫給父親的信的抄件給她看看。在父親寫書的時候,她用很漂亮工整的筆跡,幫父親謄寫書稿。伽利略最重要的一部著作《對話》,就由她抄寫了很多。她在信裡事無鉅細地和父親分享自己的生活,但是女修道院的惡劣條件,也讓這個女兒在貧窮和與世隔絕中度過了一生。她在 1634 年病逝,只活了 34 歲,沒能陪伴父親度過晚年。現如今,她寫給父親的信件,留下了 124 封,父親寫給她的信件卻找不到了。如果每個人都是一顆小星球,那麼逝去的親友就是身邊的暗物質。儘管再也見不到親愛的女兒,但是伽利略似乎能夠感覺到女兒的引力仍在。後來,伽利略被重新安葬之時,在他的墓中發現了兩具遺骨,經過驗證後人們才知道,其中一具正是他女兒切萊斯特的遺骨。這一對父女在生時沒能住在一起,在死後卻一道長眠。這對父女的情感,如同行星和它的衛星,儘管光錐曾彼此重疊,而星軌卻依然並行。縱使不能相見,你仍是我所在的星系未曾分崩離析的原因,是我宇宙之網的永恆組成。

(04)對抗宗教的審判,堅持科學真理伽利略的研究,摒棄了神學的宇宙觀,認為世界是一個有秩序的服從簡單規律的整體,他的這些學術思想,注定了與宗教教義格格不入。因此,就在他的榮耀達到頂峰的時候,他也招來了敵意和猜忌,因為他的學術研究,侵犯了教會神聖的領域。他關於星辰的觀測結果,使尼古拉·哥白尼的不得人心的以太陽為中心的宇宙說變得可信起來。1616年,羅馬教皇和紅衣主教宗教法庭審判官對伽利略進行斥責,警告他不要頻頻侵犯神聖的領域。他們說,天體的運行在《詩篇》、《約書亞記》和《聖經》的其他一些地方都有涉及,這些問題最好留給基督教會的教皇們去處理。伽利略權衡利弊,最終短暫屈服了教會的訓斥,在後來的七年寶貴時間之中,他只是研究一些無關緊要的小課題,比如用木星的衛星為航海服務,研製複合式的顯微鏡觀察到蒼蠅在鏡子上倒立,甚至研究詩歌,撰寫文學評論。只是就連這樣的低調,也不被教會容忍。當時的天主教正因為宗教改革對其權威的否定而長期處於政治敏感時期,而伽利略那些不合時宜著作,正好觸動了教廷的敏感之處。再加上在《托勒密和哥白尼兩大世界體系對話 》中,伽利略只圖“打嘴炮”一時爽快,用詼諧的筆調支持日心說,多處暗諷教皇和主教。比如,書中支持地心說觀點的那個人,叫作辛普里奇奧,在意大利語裡,這個名字恰好就是愚蠢的諧音。宗教法庭仔細讀過書之後,明白無誤地發現了全書的傾向性。此時,就算是多年密友的教皇,也罩不住這個叛逆的“嘴炮大師”了。

伽利略被迅速召喚到羅馬,經歷了兩個月的嚴苛審訊,十位紅衣主教參與會審,並最終以七票通過的優勢,將伽利略定罪。1616年,教廷發佈禁令,判處了拒不認錯的伽利略以終身監禁。此後,伽利略被軟禁在故鄉的私人別墅裡,《對話》這本書遭到封禁,直到兩百年後的 1822 年才得以解封。遭到審判後的一年,迎接他的是接連的命運打擊,他的大女兒病逝,他自己又漸漸雙目失明,只有他的學生維維安尼和托裡拆利陪伴著他。在伽利略下葬的時候,他的學生及“金主”托斯卡納大公費爾南多,甚至不敢為他修築氣派的陵墓,只能把他草草下葬。審判伽利略這一事件,也為整個人類科學發展留下了惡劣的影響。在很長一段事件,許多科學家都不敢再觸碰天體運行這個議題。這其中就包括笛卡爾,當時他本來在寫一本關於日心體系的書籍《論世界》,正取得一些進展的時候,得到了伽利略的審判消息。笛卡爾只能小心地把手稿放進了抽屜,直到他去世後,這些手稿才重見天日。伽利略的一生,儘管有妥協,有獻媚,但其實他的內心十分清楚,教會對自然世界的解釋早已荒謬不堪。他心中的世界,充滿著多樣性和無限性,他清醒地認識到,這個世界上沒有絕對真理和掌握真理的絕對權威,終其一生,他都在追尋世界運行的真相。你看向我的時候,星星都落到我頭上了。我身後,是一個溫柔的宇宙。

(五)獲得不朽的聲名1971年,“阿波羅15號”宇宙飛船船長,在月球上放下一根獵鷹羽毛和一柄拃頭。當這兩樣質量懸殊的物體同時落在月地上時,他說,“這證明伽利略先生是正確的。”1989年,美國發射“伽利略”號宇宙飛船,用以觀測木星的衛星。10年之後,“伽利略”號宇宙飛船成功地觀測到的那些梅迪契星。原本這些以王公貴族姓氏命名的星球,如今已改名為木星的伽利略衛星,它們繼續給世界各地的天文學家以啟迪。2016年年底,歐洲國家聯合研製的由18顆衛星組成的導航系統投入使用,起名叫“伽利略”導航系統。在他離開這個世界的幾百年間,伽利略已經不僅僅是一個人的名字,而是成為了一種充滿榮光的稱號,一個在太空經常出現的稱呼。這個名字獲得了不朽的榮耀。伽利略生活的年代,正是一個人類科學發展狂飆突進的時代。15世紀末開始的地理大發現,刺激了海上商業航行,繁榮的商品經濟,已在歐洲封建制度內部逐漸盛行。與經濟繁盛相伴而來的人文主義思潮,要求擺脫教會對人的思想的束縛,打破作為神學和經院哲學基礎的一切權威和傳統教條。於是在自然科學領域,一種勇於探索的科學實驗精神開始大行其道,人類對宇宙有了新的認識,尤其是“日心說”的提出,給幾千年來上帝創造世界的宗教宇宙觀以致命的打擊。而伽利略以其多方面的傑出成就,成為這一時期科學家的傑出代表。

19 歲的時候,還是少年的伽利略,就從吊燈的擺動中發現了擺的等時性原理。如今看來這樣一個司空見慣的常識,在伽利略之前漫長的時光裡,竟然沒有人提出過它。要知道,當時鐘錶還沒有被發明出來,時刻的概念還是一團模糊。而小小少年伽利略,僅僅靠著測量自己的脈搏進行計時,就發現了這個原理。在剛到比薩大學當數學系教授的時候,他就是一個叛逆學者,為了不穿古怪刻板的教授袍,他不惜每年都被大學罰款,而面對大學他的辯解卻是,教授袍穿起來,感覺太神聖了,穿了就不好意思去妓院了……伽利略似乎一直都在致力於推翻這個社會的舊秩序,一直都在發起爭取思想自由和言論自由的鬥爭。他提出了慣性和加速度這個全新的概念,以及在重力作用下物體作勻加速運動的全新的運動規律,為牛頓力學理論體系的建立奠定了基礎。一個有意思的巧合是,1642年,伽利略於1月8日在阿切特裡去世。而正是在那一年,伊薩克·牛頓於12月25日在英國出生。

1637 年,73 歲的伽利略病痛纏身,已經雙目失明。對於一生都在竭力用眼睛觀察星辰的人來說,這是一個無法接受的沈重打擊。然而,伽利略依然樂觀面對現實,他詼諧地說:沒關係,因為我比每一個亞當有史以來的子孫,都看得更遠。蘇東坡說“寄蜉蝣於天地,渺滄海之一粟”;霍金說“記得仰望星空,而不是看著腳下”。 古今中外,總有一個又一個偉大的人物,在探索宇宙奧秘的征途中走向星辰大海。人類關於星空的思索,一直沒有停歇,每次仰望星空,他們都在那裡熠熠生輝!

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