日心说的创立者哥白尼

    哥白尼Nicolaus Copernicus，（1473～1543）是波兰伟大的天文学家，著名的“日心说”的创始人。这个学说摧毁了当时神学对科学的束缚，宣告了自然科学的独立。

    哥白尼1473年出生在波兰维斯杜拉河畔的托伦城。他的父亲是个当议员的商人，母亲是托伦城一个大商人的女人。哥白尼有一个哥哥和两个姐姐，他是最小的一个。当他刚刚10岁时父亲就去世了，他被送到舅舅卢卡斯大主教家中抚养。卢卡斯是一个人文主义者。按照舅舅的安排，哥白尼进入了克拉科夫大学学习。舅舅希望他和自己一样，成为一个神职人员，但从小哥白尼的志趣主要在自然科学方面。一次他的哥哥问他为什么夜晚常常守在窗边望着天空发呆？哥白尼解释说：“我是在观察天象，想探寻天上的奥秘。”哥哥说天上的事有神学家操心，凡人怎么能干预呢？哥白尼兴奋地说：“为了让人们望着天空不感到害怕，我要一辈子研究它！我还要叫星星和人交朋友，让它给海船校正航线，给水手指引航行。”哥白尼在克拉科夫大学攻读过天文学、数学和地理学。当时波兰已经产生了一些有名的天文学家，他们有的就在克拉科夫大学讲课。曾经教过哥白尼数学和天文学的教授布鲁楚斯基的影响，使哥白尼立定献身天文学的志向，对他一生的学业和事业都有深远的影响，一次哥白尼和布鲁楚斯基夜晚外出散步，望着天空，哥白尼对老师说：“您可知道，天上那些闪着银光的星星，像一些迷眼的沙尘一样，老是使我又向往又苦恼。我真恨不能飞上九重天，去看个明白，不过我的飞翔不是靠翅膀，我的航行不是靠风帆，我有两件您教我的法宝：一件是数学，一件是观测。”后来哥白尼的确是用这两个法宝在天文学领域的研究上做出了重大贡献。

    哥白尼在克拉科夫大学读书时，就开始考虑地球的运转问题。早在公元二世纪古希腊的大天文学家托勒密总结了前人在四百年间观测的成果，提出了“地球是宇宙的中心”的学说，这个学说为神学家所利用和把持流传了一千四百多年。这个学说认为地球是静止不动地坐镇宇宙的中心，所有天体包括太阳在内，都围绕地球运转。哥白尼曾经十分勤奋地钻研过托勒密的学说。看出了托勒密的错误结论和科学方法之间的矛盾，他说前人有权虚构圆轮来解释星空的现象；他也有权尝试发现一种比圆轮更妥当的方法来解释天体的运行。哥白尼在克拉科夫大学就开始了观测工作。他利用当时的仪器“捕星器”和“三弧仪”观测过月食，研究那浩瀚无边的星空。哥白尼在克拉科夫大学学习三年后，遵照舅舅的意愿又去意大利学习“教会法”。在意大利学习教会法的同时他继续努力钻研天文学。他结识了当时知名的天文学家多米尼克和玛利亚，同他们一起研究月球理论。他开始用实际观测的结果来揭露“地心学说”和客观现象的矛盾。通过精密的计算，哥白尼把“地心说”打开了一个缺口。1503年哥白尼取得了教会法博士学位。这时哥白尼又努力研读古代典籍，从中为太阳中心学说寻求参考资料。许多古代学者的卓越见解，在当时被认为是“离经叛道”，但对哥白尼来说好似夜航中的灯塔，照亮了前进的方向。1506年哥白尼结束了10年的留学生活回到了波兰。

    回到波兰后，哥白尼孜孜不倦地钻研行星运动理论，奠定了他的“日心学说”的基础。当时波兰教会宣告天空将出现四次土星和木星“会合”的异常现象，说这是上天对世人的一个严重警告，世上将出现一个冒牌的先知，洪水和瘟疫将接踵而至，并将引起社会骚乱和国家崩溃。这种种谣言闹得人心不安。这时哥白尼和他的朋友们也在研究四星“会合”问题。哥白尼发现教会的说法是妖言惑众。于是他和朋友们决定各自在不同的地区进行观测，以便一起揭发教会的邪说。观测的结果证实了哥白尼的预见。“会合”的日期和教会所说的不符而和哥白尼的推算一致。科学给了教会当头一棒。后来哥白尼把他的“太阳中心学说”写出了一个提纲，叫《试论天体运行的假设》，它宣布：“所有的天体都围绕着太阳运转，太阳附近是宇宙的中心所在，地球也和别的行星一样绕着圆周运转。它一昼夜绕地轴自转一周，一年绕太阳公转一周。”哥白尼的这个提纲是一个巨大学说体系的轮廓，是哥白尼学说的第一块基石，要在这基石上建立宏伟的大厦，还需要他做相当多的工作。

    1513年，哥白尼为了尽最大努力从事天文观测，他在濒临波罗的海的弗隆堡买下城堡的一座箭楼。这座箭楼本是作战用的，三角形的楼顶向前倾，楼顶最上层有三个窗口，是哥白尼的工作室，下面两层是卧房。从最上层的窗口可以向四面八方观测天象。当楼顶妨碍观测时，外边的露台就成了他的观测台。哥白尼是当地牧师会的一位僧正，还担任主教和牧师会的医生，这分散了他不少的时间和精力。尽管事务缠身。哥白尼仍坚持进行天文观测的研究。他用来观测的仪器都是自己动手制作的。有测量行星距离的“三弧仪”，测量月球和行星位置的“捕星器”，测定太阳中天时高度的“象限仪”。哥白尼就是利用这些简陋的设备在弗隆堡前后进行了有记录可查的五十多次观测，其中包括日食、月食、火星、金星、木星和土星的方位等等。他的观测在望远镜发明以前能做得这么精确，令后来许多杰出的天文学家非常钦佩。

    1516年波兰国内战事不断，在烽火连天的日子里，哥白尼开始撰写他的不朽之作《天体运行论》。1519年，哥白尼辞去所有职务准备专心写书，但很快战争就席卷到弗隆堡，哥白尼被迫中断了写作，和居民一起参加了坚守城堡的战斗。一直到1525年秋天，哥白尼写作《天体运行论》的工作才全力展开。这本书的第一卷介绍了宇宙的结构，哥白尼列举了许多观测实例证明了地球是球形的。他认为所有物体都倾向于将自己凝聚成球状。物体呈球状的原因在于重量，要把自己凝聚成一个整体，并收缩成球状。他的这种观点为一百多年后牛顿发现万有引力开辟了道路。第一卷是全书的精髓。哥白尼论述了“日心学说”的核心问题，即地球的运动及其在宇宙中的位置。他正确地阐述相对运动的概念，提出日月星辰的周日运转是地球自转所引起的视运动。他有力地批驳了“地心学说”。哥白尼还排列出“天球”的次序，他由长期的行星观测结果，正确地排列出它们和地球绕太阳运转轨道的顺序。书中刊载了一张运行图，它标志着人类认识宇宙的一次飞跃。第一卷的最后详细讲解了球面三角学的基础知识。这本书的第二卷论述了地球的三种运动（自转、公转和赤纬运动）所引起的一系列现象，后半部分哥白尼讲述了恒星方位与亮度的测定及星表的编制。第三卷主要论述岁差现象，他提出岁差是由地球自转轴方向的变化引起的。因为这个现象很复杂，他用一些图形来阐明自己的理论。第四卷中哥白尼专门讨论月球的运动。哥白尼很重视对月球的研究，他已认识到月球的运动与地心有最密切的关系。哥白尼对月球的观测比前人精确得多。书中占最大篇幅的第五卷和第六卷都是论述行星的运动的，第五卷讨论行星的经度行度，第六卷讨论它们的纬度行度。哥白尼根据相对运动的原理，解释了行星运动的视运动。在哥白尼之前，这一原理从来没有被人详尽地阐述过，也没人从这一原理中得出这样重要的结论。哥白尼还论证说：“地球虽是一个巨大的球体，但比起宇宙来却微不足道。”他证实了宇宙无限的论断。

    他说：“根据这一论断，可见宇宙跟地球相比是无法测度的，它是一个无边无垠的庞然大物。”哥白尼用科学的太阳中心说，推翻了在天文学上统治了一千多年的地球中心说，这是天文学上一次重大的革命，《天体运行论》这部伟大的著作使人类的宇宙观产生了巨大变革。

    16世纪30年代后期，《天体运行论》一书已接近完成，哥白尼却迟迟不愿出版这本书。他确信自己的学说是正确的，但他担心由于传统偏见的作用，读者难以接受。他更担心教会对科学和进步思想的疯狂迫害。当时教皇为了巩固封建统治，宗教裁判所烧掉了许多珍贵的科学著作，有时一天竟烧掉20大车书。1327年，意大利天文学家采科·达斯科里被活活烧死，他的“罪名”就是违背圣经的教义，论证地球是球状，在另一个半球上也有人类存在。哥白尼曾亲眼目睹了宗教裁判官对异教的镇压。哥白尼也经常受到威胁和迫害，直到他临终时身边还有上司所布置的密探和奸细。这一期间，罗马教廷对于哥白尼的学说也感惊慌，教皇曾让人给自己讲了“太阳中心学说”的基本原理，听后他大为震惊，于是他想把哥白尼的手稿控制起来。正当教廷急于索要他的手稿，哥白尼迟疑不决时，他的朋友和学生协助他抢在教廷插手之前开始付印出版这本书。

    负责这本书出版事宜的出版商奥西安德尔，抽掉了哥白尼亲笔写的序言，按照自己的意愿写了一篇没有署名的序言。这篇序言宣布“日心学说”不是什么真理而是一种假设，一种臆断。这和哥白尼的原序观点完全相反。哥白尼对奥西安德尔的这篇伪撰的序言是如何反应的，现在已难考证，因为很可能在《天体运行论》一书出版之际，哥白尼已重病在身处于昏迷状态了。他的学生雷蒂库斯坚信哥白尼是绝不会同意这篇伪序言的观点，他说哥白尼不会说含含糊糊、吞吞吐吐的话，他要使宇宙的真相大白于天下，地球确实是绕着太阳旋转的。1543年，在哥白尼弥留之际，这部书才出版问世。据说，刚刚印好的书送到哥白尼面前时他只用颤抖的手抚摸了一下这本书就与世长辞了。

    哥白尼预见到他的学说会遭到教会愚妄之徒的恶毒攻击，就在书里附了一封献给教皇的信，信上说：“数学著作是写给数学家们看的。……这部著作对教廷会有贡献，它能够修订教廷历法的工作顺利进行。……有那么一些饶舌的人，他们对数学一窍不通，又喜欢大发议论，并且引经据典地企图达到自己的目的——如果这样的人竟敢于压制和谴责我的学说，我对他们的态度就不外乎是，把他们的议论视同痴人说梦，加以摒弃……”这是一封科学向宗教挑战的信。从这里可以看到，哥白尼在准备公开发表他的《天体运行论》一书时，就已做好了坚持真理、迎接战斗的准备。他的学生和朋友对于奥西安德尔偷换哥白尼的序言非常愤怒，向纽伦堡议会控告出版商的背信弃义，要求重印卷首的几页，补进原序，增加作者的小传，并在前言里揭发奥西安德尔的卑劣行径。可是他们的努力失败了。哥白尼的学生雷蒂库斯最大的功绩是保存了哥白尼的手稿和书籍，手稿辗转流传，直到19世纪中叶才在布拉格一家私人图书馆里被发现。后来在1873年出版了增补哥白尼原序的《天体运行论》。1953年《天体运行论》出第四版时，才全部补足了手稿原有的章节。这时距哥白尼逝世已410年了。

    在天文学的历史上，哥白尼是一位划时代的重要人物。他出身富商又受过系统的神学教育，但他没有被神权和传统观念所制服，而是勇于进取和创新，把人类的宇宙观推进到一个新的阶段。这不是偶然的，而是与他的治学态度和方法有密切的关系。他重视实践观测，尊重客观事实。当他认识到古典理论与观测的事实严重不符时，他独立思考分析，依客观实际来修正理论的谬误。哥白尼讲究工作方法，他并不是把一大堆观测材料堆积在一起，而是善于分析综合这些材料，去粗取精，去伪存真，从复杂的现象中找到可靠的规律。哥白尼进行科学研究的态度是谦虚而严谨的，对一些无法论证的事物，他从不轻易下结论。正是他治学的态度和精神风貌，使他的研究获得了巨大的成功。

    哥白尼学说的诞生经历了无数艰难曲折。这个学说刚刚问世就受到教会的强烈攻击，当时信仰哥白尼学说的人寥寥无几。但也有许多年轻的学者，不顾反动教廷的迫害，信奉和宣传哥白尼的学说。开普勒、伽利略等都接受和发展了哥白尼的理论。意大利的哲学家布鲁诺也是哥白尼学说的忠实信奉者和宣传者。他曾先后到欧洲十几座著名的城市宣传哥白尼的理论，打击神学世界观。教廷对他采用严厉的镇压手段。布鲁诺被宗教裁判所诱捕入狱，惨遭酷刑，被监禁达八年之久。1600年布鲁诺被教会活活烧死。他是一位捍卫哥白尼学说的不朽的战士，为坚持真理而献出了自己的生命。在以后一百多年的漫长岁月里，哥白尼的著作一直被列为禁书，直到1822年罗马教廷才颁令解禁，准予印行。17世纪中叶后，随着自然科学的日益发展，哥白尼学说的正确性才渐渐巩固。特别是物理学家牛顿，用万有引力的原理解释了行星的运行，给地球绕太阳公转提供了更有力的证明。科学家们进行了很多的实验，证明了地球的自转和公转，人类对于宇宙的现代观念逐渐形成。这时欧洲很多学校都公开讲授哥白尼的学说。1830年波兰华沙城斯塔锡茨广场前竖立起哥白尼的纪念像。

    哥白尼以他伟大的贡献和光辉业绩受到了全世界人民的尊敬。革命导师恩格斯说：“自然科学用来宣布其独立并且好像是重演路德焚烧教谕的革命行为，便是哥白尼那本不朽著作的出版。他用这本书（虽然是胆怯地而且可以说是在临终时）来向自然事物方面的教会权威挑战。

    从此便开始了自然科学从神学中的解放……”

    星学之王第谷

    第谷（Tycho Brahe，1546～1601）是丹麦著名的天文学家，是位天才的观测家。哥白尼学说一开始曾受到天主教会的敌视，而且也遭到许多天文学家的反对，他们之中最著名的是第谷。不过，也正是第谷的天文观测工作为哥白尼日心学说的发展开辟了道路。他所作的天文观测可能是望远镜发明前最精确的，这些观测使欧洲人终于接受了哥白尼的学说，为17世纪天文学改革奠定了基础，获得“星学之王”的美称。

    第谷出身于丹麦一个贵族家庭，13岁就进入哥本哈根大学学习法律和哲学，14岁时因为一次日食的发生使他对天文学产生了浓厚的兴趣。他的家庭教师负责督促他学习法律的学业，第谷不得不在深夜家庭教师睡着之后才秘密钻研天文学。第谷省下钱来购置天文学书籍、天文表和天文仪器。1563年第谷进行天文观测后首先发现了木星和土星的运动与当时流行的星表不一致。1572年11月，天空出现了一颗明亮的新星，这颗新星以前从未出现过，它是全天最亮的一颗星。他持续观测这颗星直到1574年，留下了完整的记录。他发现这颗星没有丝毫的运动，这就说明它不是一颗行星，而是一颗恒星。这颗新星后来被命名为“第谷超新星”。

    第谷将研究观测的结果写成《论新星》一书出版。这使他在欧洲天文学界崭露头角，声望大增。这也是第谷在天文学上作出重大贡献的开始。丹麦国王为了防止这位杰出的天文学家流失到德国，专门拨巨款为他在维文岛上修建了一个天文台，这是近代第一个真正的天文台。

    第谷从此如鱼得水，大展宏图。在这座皇家天文台里，第谷工作了近二十年，完成了一系列重大天文学的发现。

    第谷利用当时最先进的观测技术，广泛、系统、精确地观测天象，达到了当时的最高峰，几乎包罗了望远镜发明之前肉眼所能观测到的全部天象。1577年11月第谷发现了一颗大彗星，证明它比月亮还遥远，这就沉重地打击了亚里士多德的天界完美观。第谷还发现，彗星的轨道不可能是正圆的，这样一来使他与希腊宇宙论中的“水晶球”体系决裂。第谷在1588年发表了《论新天象》一书，他在书中阐述了对大彗星的研究，公布了他自己提出的新的宇宙模型。他说：“按照古人的说法和《圣经》的启示，只能把地球安置在世界中心。但我不赞成托勒密那种主张。我想，只有太阳、月亮以及包含全部恒星的第八重天才以地球为中心而运行，五颗行星则绕太阳运行。太阳处在它们的轨道中心，它们像陪伴君王那样绕太阳作周年运动。”第谷的这个混合体系，从数学上与哥白尼体系是等价的。第谷是一个天才的观测家，但在理论上他因循守旧，他其实完全清楚日心说的优点，而且赞美它是“美的几何构造”

    ，但他不能同意地球运动的观点，因为他始终没有观测到恒星的视差。他认为是地球不动，而不相信行星与恒星之间有广阔的虚空空间。

    第谷的系统、精确的观测资料，为历法改革奠定了基础。1852年在教皇主持下，完成了对基督教世界沿用了一千多年的儒略历的改历工作，颁行了格里高里历。同时，第谷系统的观测资料导致了当时最先进的星表的出现。

    第谷在平常生活中，脾气不好，遇事好争斗，骄傲自大。但当时的丹麦国王对他很宽容，不计较他的缺点。国王去世后，新的国王不喜欢第谷的这种脾气，不再资助第谷的工作，这使他陷入了困境。1597年德国国王邀请他去德国，第谷举家迁往德属的布拉格新区定居。在那里他发现了开普勒并收为助手。他将自己毕生的观测资料全都交给了开普勒，让开普勒编制行星运行表。1601年10月24日，第谷因病去世。临终前，他说：“我多希望我这一生没有虚度啊！”后来开普勒编辑出版了第谷留下来的观测资料，并从中探讨行星的运动规律。开普勒的工作真正使第谷没有虚度他的一生。

    为捍卫真理勇赴火刑的布鲁诺

    布鲁诺（Giordano Bruno，1548～1600）是文艺复兴时期意大利天文学家、哲学家，1548年诞生于意大利那不勒斯附近的诺拉城的一个普通农民家庭。

    布鲁诺自幼家境贫寒，10岁就进了修道院，15岁成为修道士。他刻苦自学，读了大量书籍，成了知识渊博的学者，特别是读了哥白尼的《天体运行论》之后，更激起了他为科学真理而献身的热情。他性格倔强，善于独立思考，敢于对天文学和哲学发表自己独特的见解。他写过一篇题为《诺亚方舟》的文章，不但猛烈地抨击了固守《圣经》教条的学者们，而且无情地讥讽了罗马教廷和古代权威亚里士多德。他的这些行动，立刻遭到宗教卫士们的围攻，罗马教皇还公开宣布他是“异端分子”，派专人监视他的活动。

    1576年，布鲁诺毅然脱掉袈裟，逃往罗马、威尼斯等地。因为遭到教廷通缉，不得不在1578年离开意大利，先后流亡瑞士、法国、英国、捷克斯洛伐克、奥地利、匈牙利等国，长达13年之久。布鲁诺每到一个地方，都积极批判宗教神学，热情宣传哥白尼的学说，反对托勒密的地心说。1584年，布鲁诺出版了《论无限性、宇宙和诸世界》一书。书中不但系统阐述和赞扬了哥白尼的日心学说，而且大胆地提出了他的宇宙无限的思想。

    书中写到“无数的世界在无穷无尽的宇宙的广阔胸怀中产生、发展、灭亡，又重新产生……宇宙中有无数绕着自己的太阳运转的地球，就像那些绕着我们的太阳运转的行星一样。”在布鲁诺看来，宇宙是无限大的，也是物质的；宇宙中无数的恒星都是类似太阳那样的巨大而热的天体，太阳不过是一个行星系的中心，不是整个宇宙的中心。布鲁诺甚至还预言，生命不但存在于地球，也可能存在于我们还观察不到的遥远的行星上。

    布鲁诺一直坚信并且积极宣传唯物主义和无神论。他在《论原因、本原和统一》一书中写道：“要是因为感官不能理解也不能看到一个事物，就否认它的存在，那么必然也要否定他自己的存在。”他声称如果有神的话，自然界本身就是神，根本没有什么“造物主”。

    1592年6月，把布鲁诺看做眼中钉的罗马教廷，收买了他的一个威尼斯朋友，设下圈套，写信把布鲁诺骗回意大利。在威尼斯码头上，布鲁诺终于被教廷派出的爪牙逮捕，并且立即解往罗马监禁。

    在监狱里，宗教裁判所对他威胁利诱，软硬兼施，妄图迫使他就范，公开声明改变自己的观点。但是，布鲁诺没有屈服。他自勉说：“如果愚昧无知者的法庭吓唬你，企图消灭你的珍贵的事业，你一定要坚贞不屈，不要失掉勇气，甚至也不要退步。”他始终坚信，真理一定会战胜邪恶。

    有一次，人面兽心的主教规劝布鲁诺：“只要你公开表示认罪和忏悔，不但可以免除对你的火刑，还可以在罗马教廷中给你安排一个令人羡慕的职位。”布鲁诺嗤之以鼻，大声呼喊：

    “收起你们这一套吧！我没有罪，也根本没有做过需要忏悔的事情！”主教露出了凶相，狂怒地吼到：“你坚持异端邪说，执迷不悟，等待你的就是火刑！”布鲁诺镇定自若地说：“在真理面前，我半步也不会退让！”

    罗马教廷把布鲁诺看作顽固不化的魔鬼，决定对他处以极刑。当布鲁诺听完判决以后，冷冷地嘲笑凶残的刽子手们说：“你们宣读判词，比我听到判词还要恐惧！”

    1600年2月17日，52岁的布鲁诺被押赴罗马鲜花广场，捆绑在火刑柱上。临刑前，罗马教廷还奢望布鲁诺屈服，最后一次对他劝降：“只要你忏悔，马上可以免刑。”布鲁诺视死如归，大义凛然地回答说：“我宁愿做烈士而牺牲！”这气吞山河的话音刚落，罪恶的火熊熊地燃烧了起来。人们清楚地听到，这位被火焰和浓烟包围着的殉道者发表了最后的演说：“火并不能把我征服，未来的世界会了解我，知道我的价值。”

    是的，布鲁诺的精神是烧不死的。没过几年，人们不顾教廷势力的威胁和阻挠，在烧死布鲁诺的地方竖起了一座布鲁诺纪念碑，使他的英名万世流芳。

    沉冤昭雪的天文学家伽利略

    伽利略（Galileo，1564～1642）是欧洲“文艺复兴”时期意大利伟大的物理学家、力学家和天文学家。他对人类自然科学的发展做出了卓越的贡献。

    伽利略1564年出生在意大利西部海岸的比萨城。伽利略的父亲是当时一位有名的音乐家和数学家。但是父亲希望自己的儿子学习医学而不是学习数学，于是伽利略在17岁那年进入了比萨大学学习医学。比萨大学当时已是有二百多年历史的老学校，藏书非常丰富，这对于好学的伽利略是一个十分难得的好机会。他孜孜不倦地学习。特别是对数学、物理学等自然科学更感兴趣。1583年由于听了关于欧几里得几何学的演讲，伽利略很快对数学着了迷。他执意不学习医学了。他开始学习古希腊欧几里得和阿基米德的著作，从中吸收了大量的知识。一次他从比萨教堂的走廊里经过，无意中抬起头看见一个吊灯被风吹得不停地摆动。从来没有人注意的现象，却引起了伽利略的注意。他发现吊灯的摆动，不管摆动幅度是大还是小，摆动一次的时间总是相等的，他用自己的脉搏计时验证了这一现象。回到家后，他还亲自动手再做这个实验。最终他极为准确地证实了摆的等时性，这一年伽利略才刚刚19岁。正当伽利略刚刚走近科学领域的门口时，他的家不幸破产了，一贫如洗，他只好辍学在家。但伽利略的学习兴趣和探索自然的决心丝毫不减，他在缺少图书资料和仪器设备，又没有老师指导的条件下开始了刻苦的自学。伽利略在家中度过了四年的时光，他在学业上却有了极好的转机。他写的《论固体重心》的论文受到了科学界的好评。于是25岁的伽利略被聘当上了比萨大学的数学教授。三年后他又转到帕多瓦大学，他在这里度过了18年比较稳定的生活。这段时间里他主要从事力学研究。自由落体运动是伽利略全力以赴研究的问题。这方面的研究成果在伽利略整个业绩中占有极为重要的地位。他经过反复周密的实验，认真的思考分析，终于正确地掌握了物理学上最重要的自由落体的定律，即“坠落距离与坠落的时间的平方成正比。”伽利略又把自己的研究活动从落体运动扩大到抛物体的运动。在这些研究中，伽利略第一次明确提出了加速度的概念，把加速度与速度区别开来，使力学建立在实验与理论计算的基础上。

    从1604年开始，伽利略改变了研究方向。那年冬天，在南部天空出现了一颗从未见过的亮星，一直到第二年的秋天才逐渐消失。这个不寻常的天文现象，使伽利略放下了物理学的研究，转而去探求天文学的问题。1608年，荷兰有一位眼镜商人偶然发明了一种可以放大物体的眼镜，这个消息被伽利略知道了，他立即研究了这种眼镜的原理，并且进行了实验，最后制作成功放大率为30倍的能够实际应用的伽利略望远镜。伽利略发明的望远镜立即博得了科学界的赞誉，据说仅半年时间他就制作了100台。望远镜的发明是科学史上的一件大事，它把人对空间的观察范围大大扩展了，这对于探索和认识宇宙起了巨大的推动作用。

    伽利略开始利用自制的望远镜观察天体。他把这犀利的武器指向了广阔的天空，从而揭开了天文学史上崭新的一页。伽利略首先把望远镜对准了皎洁的月亮，他从望远镜里观察到月亮表面上起伏不平的状态，有高山、有峡谷。他又把望远镜对准了使人们感兴趣的银河系，他发现银河实际是由众多的星体构成的。在伽利略以前，很少有人发现五大行星的周围居然还有一些小星星在运转。伽利略通过观察木星，发现了木星的两侧有四个亮点，以后他又注意到这些亮点是围绕着木星的小星星，这就是木星的四颗卫星。伽利略又进一步计算了它们的运行周期。伽利略对自己的发现非常高兴，很快写信告诉了德国天文学家开普勒，开普勒马上给他回信，给予他热情的支持。这在伽利略的一生中是难得的。过去人们认为天空中的星星是单个的天体，伽利略从望远镜中看到了星团，有的是几十颗星星聚集在一起。伽利略把自己对星团的观测结果画成了星图，这是科学史上第一批星团图。伽利略还用望远镜观察了太阳，发现了太阳上竟然有暗处，像黑斑，现代天文学称之为“黑子”。伽利略从黑子的缓慢移动推断出太阳在自转，周期为25年。伽利略的观测结果，证实了哥白尼学说的正确。1613年伽利略出版了《太阳的黑子》一书，这本书因为有利于哥白尼的学说，遭到教会的攻击。伽利略的行为刺激了封建教会，他们对哥白尼学说的传播感到非常恐慌，决定采取断然措施对伽利略实行制裁。1616年，臭名昭著的宗教裁判所把伽利略传到罗马进行审讯，严厉警告他不许再宣传哥白尼的学说。这件事对伽利略是个非常沉重的打击，在他科学研究的道路上投下了阴影。

    伽利略虽然在罗马被迫表示放弃哥白尼学说，但他内心是坚信不移的。1623年乌尔班八世任教皇。这位教皇很早就对科学感兴趣，对伽利略也很友好。伽利略感到处境稍有好转。他经过慎重考虑，决定继续坚持宣传哥白尼的学说。他为了不把事情弄糟，采取一种非常巧妙的方式把自己的观点加以隐蔽。他写了一本书叫《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。书中以三个人对话的形式讨论关于托勒密地心学说与哥白尼日心学说哪个正确的问题。其中一个人叫辛普利丘，代表托勒密；另一个人叫菲利普·萨尔维阿蒂，是哥白尼的代言人；还有一个风趣而无偏见的第三者叫沙格列陀，对前两个讨论作出判断，这位公正人实际代表伽利略自己。表面上好像看不出伽利略本人站在哪一边，而从事实和论据来看，他都强有力地支持了哥白尼学说，同时又严厉地批判了亚里士多德和托勒密的错误理论。对话分四天进行，第一天批评了亚里士多德自然哲学的基本原则，还讨论了月亮表面的地貌特征；第二天以运动的相对论反驳了对地球自转的责难；第三天讨论了地球的公转；第四天用地球的运动解释潮汐。这本书从1626年开始写，到1629年完成。伽利略在对话里充分利用他20年前从望远镜中所观察到的全部事实和其他实验，有力地支持了哥白尼学说。书中表现了他的自发唯物主义观点，强调自然科学的结论必须是正确的，是不以人的意志为转移的。这本书在1632年3月获准出版，但8月份教会突然下令禁止发行伽利略的这本书，而且传讯伽利略。伽利略虽为自己作了一些辩护，但无济于事。法庭判决时年70岁的伽利略终身监禁。被监禁后的伽利略在恶劣的环境中，在悲凉凄惨的心情下仍然继续研究他的力学问题，写出《两门新科学》一书。

    长期的摧残使已到了风烛残年的伽利略身体状况日益恶化。终于在1642年1月8日，这位一生为科学而奋斗的伟大科学家在监禁中与世长辞了。

    三个多世纪过去了，人间历尽沧桑，社会不断前进，真理终究要战胜邪恶。在1979年11月召开的世界主教会议上，罗马教皇提出重新审理“伽利略案件”。为此，世界著名科学家组成了审查委员会，为伽利略沉冤昭雪。

    伟大的天空立法者开普勒

    开普勒（Johannes kepler，1571～1630）是17世纪对天文学有卓越贡献的德国天文学家。他捍卫并发展了哥白尼的日心学说，在第谷的大量观测资料的基础上，确立了行星运动的三大定律，被称为伟大的天空立法者。

    开普勒出生在德国南部的瓦尔城，父亲是位职业军人，祖父曾当过市长。开普勒从小体弱多病，5岁时得了一场天花险些丧命，这使他手、眼留下轻度残疾。他身材瘦小，视力不好，但却聪明好学，善于思索和钻研。为了将来能找到一个合适的工作，开普勒进了蒂宾根大学学习神学，一心一意想当一名神职人员。由于开普勒天资聪颖，他毫不费力地接受了学校教授的每一门功课。他尤其对哲学表现出极大的兴趣，这对他后来改学天文学起了积极作用。上学期间开普勒也显示了他出众的数学才华。蒂宾根大学的天文学教授米切尔·麦斯特林是他的启蒙老师。他是一位哥白尼学说的同情者，在公开教学时他讲授托勒密的体系，而对于自己亲近的学生则宣传当时教廷禁令传播的哥白尼学说。开普勒从老师那儿了解了哥白尼的学说后，立即成为哥白尼的拥护者。大学毕业后，大多数学生都去当了牧师，而开普勒被他的老师麦斯特林推荐去奥地利格拉茨大学当上了数学和天文学讲师。正是这一偶然的机会使他走上了一条光辉灿烂的科学家的道路。开普勒的博学和多才博得了校方的好评。当时由于他的薪金很少，开普勒还靠编制占星历书来养家糊口。这件事甚至比他的教学工作影响还大，因此开普勒还有占星学家之称。

    在奥地利期间，开普勒深入地思考了哥白尼的理论，并且将它和托勒密的学说相比较。开普勒赞叹哥白尼体系所显示的数学的和谐美，他从中看到了真实的宇宙图景。开普勒致力于探测六大行星的轨道大小之间的数字关系。开普勒很善于抽象思维，他在1596年发表了他的第一部天文著作《宇宙的神秘》。在这本书里开普勒用一套内切球和正多面体勾画了一个极其神秘的宇宙模型。当第谷读了这本书后，对他的才华极为赏识，称赞这套内切球体和正多面体为一个聪明的完美的构想。现在看来，开普勒的这套宇宙模型有点荒唐可笑，但在当时它毕竟是支持哥白尼观点的论文，而且在论文中提出了对行星数目和运动机制的探讨，这是在牛顿提出万有引力学说之前非常有开拓性的思想。在这之前没有人考虑过行星运动的物理机制问题。

    1598年奥地利暴发了天主教与新教之间的宗教冲突，开普勒是一位新教徒，在那儿不断受到迫害，只好跑到匈牙利去。正当开普勒处于痛苦和失望之中时，丹麦天文学家第谷向他伸出了友谊之手。他接到第谷的邀请，请他去布拉格协助整理观测资料。开普勒于1600年来到了布拉格。一接触到第谷无比丰富的天象资料，开普勒就发现自己从前构造的美妙的宇宙模型漏洞百出。尽管当时开普勒对自己的宇宙模型欣赏至极，但当他一旦发现原有的模型与实际的观测事实不符时就坚决地抛弃了它。在第谷的身边，开普勒学会了重视和处理大量的天文观测资料。遗憾的是他们合作没有多久，第谷便去世了。临终前第谷告诫开普勒：一定要尊重观测事实。开普勒认为他与第谷的相遇是命里注定的。他说：“上帝通过一种不可改变的命运把我和第谷联在一起，即使我们发生了严重的争执也不许我们分手。”他们俩人在一起总共不过10个月。开普勒高度评价第谷，认为他是一位上帝施给人们的勤奋的观测家。开普勒与第谷的结合是欧洲科学史上最伟大的事件，两位个性迥异的科学家的结合标志着自然科学两大基础——经验观测和数学理论的结合。第谷获得的大量观测资料，经过开普勒的分析推理，总结出了行星运动的规律。

    在第谷观测材料的基础上，开普勒继续寻找宇宙的秩序，他利用第谷的观测数据巧妙地算出了包括地球在内的六大行星的运行轨道，并进一步总结行星运动所遵循的数学规律。他选中了火星作为突破口，因为第谷留下的资料中火星的最为丰富，而且火星的运行观测资料与哥白尼理论出入最大。经过紧张艰苦的归纳、整理、试探，开普勒发现了火星绕太阳运行的规律。1609年他发表了《新天文学》一书，阐述了他对火星运动规律的发现。他确认火星运动的轨道是椭圆。火星划出了一个以太阳为焦点的椭圆（开普勒第一定律）；由太阳到火星的矢径在相等的时间内划出相等的面积（开普勒第二定律）。1618年开普勒出版了《哥白尼天文概要》。尽管该书取名为《哥白尼天文概要》，其实它的主要内容不是介绍哥白尼的天文学，而是系统地介绍了开普勒自己的天文理论。在这本书中，他将已经发现的火星运动的两大定律推广到了太阳系的所有行星，同时公布了他所发现的第三定律：行星公转周期的平方和它到太阳距离的立方成正比，这就将所有行星的运动与太阳紧密地联系在一起。这样太阳系的概念就牢牢地建立起来了。行星按照开普勒定律有条不紊地遨游太空，开普勒成了“天空立法者”。

    为天空立法之后，开普勒很顺利地完成了第谷生前交给他的工作：制定行星运行表。为了答谢德国国王鲁道夫二世对他工作的支持，开普勒将此表命名为《鲁道夫星表》。这个表是当时最完备最准确的一部星表，在以后一百多年里几乎毫无修改地被天文学家和航海学家尊为经典。

    开普勒在光学方面也有许多贡献。1604年开普勒出版《光学天文》一书，书中谈到了天文观测中的光行差、折射及日全食仪器等。开普勒的《折光学》一书是一本阐明近代光学望远镜原理的著作。伽利略造出望远镜之后，曾送了一架望远镜给开普勒，开普勒研究了透镜对光线的折射方式后。把伽利略的望远镜作了改进。伽利略用的是一个凸透镜和一个凹透镜，开普勒则改用两个凸透镜。开普勒设计的望远镜的结构后来被广泛应用在天文望远镜上，这种望远镜称之为开普勒望远镜，它是近代折光望远镜的基础。开普勒还提出光源的光度随距离的增加而减弱——平方反比定律，至今这仍是光度标准所遵循的定律。

    开普勒一生都很贫困，身为宫廷天文学家，但薪水常常被拖欠，直到他去世后，宫廷仍然拖欠他一大笔薪水。尽管生活艰辛，但在贫病交加中奋战二十多年的开普勒却始终没有放弃他对科学的探索。在探索科学的道路上，他始终尊重事实，实事求是是他的原则。开普勒坚信，当自己的理论与第谷的观测资料不相符合时，第谷是正确的，他从自己的无数次失败中总结出正确的规律和定律。开普勒的科学思想是深沉、有序而和谐的。

    发现海王星的天文双杰

    勒维烈

    勒维烈（UrbainJeanJoseph LeVerrier，1811～1877）在科学上最大的贡献，是他和亚当斯各自独立地用数学推算方法预言了当时还没有发现的海王星位置，完成了“科学上的一个勋业”。他是法国天文学家，1811年3月11日诞生于法国诺曼底圣诺镇的一个职员家庭。勒维烈从小接受系统的正规教育，聪明好学，尤其酷爱数学，常常用树枝当笔泥沙作纸，演算数学难题。1831年以优良成绩考入巴黎法国高等工业学院。据说因家境困难，为筹措去巴黎的路费和交纳学费，父亲特地卖掉了一间房子。勒维烈人穷志不穷，入学后奋发学习，获得了政府颁发的奖学金。

    1835年勒维烈从高等工业学院毕业以后，在著名学者盖·吕萨克手下从事化学实验工作。但是他偏爱数学和天文学，所以白天做化学实验，晚上研究天文。不久他应聘到高等工业学院任职，系统从事天体力学的研究。勒维烈先后获得英国伦敦皇家学会颁发的柯普利奖章和两枚英国皇家天文学会颁发的金质奖章。法国科学教授团专为勒维烈创设天文学主席的职位。

    从1849年起，勒维烈进入法国政界，任全法教育总监。1854年继阿拉果之后任巴黎天文台台长。

    1841年，勒维烈在法国物理学家、天文学家阿拉果的启发下，开始对天王星观测数据的矛盾进行了研究。早在1821年，法国天文学家波瓦德对天王星的运动轨道作过反复的计算，结果发现，根据1781年以前和以后的观察资料计算，天王星有两个不同的椭圆轨道。他认为这有两种可能的解释：一是1781年以前的观测资料靠不住，二是存在着当时还不知道的外力对天王星运动的影响。波瓦德认准了1781年以前的资料靠不住，但是后来的观测表明，天王星仍在不断地越轨，波瓦德的解释明显地不妥。

    勒维烈对波瓦德的结果重新作了推算和研究。经过非常复杂的计算，解出由几十个方程组成的方程组，最后他认为，天王星不规则的越轨现象是由一颗未知行星的摄动所造成的。但是由于法国天文台的仪器完不成寻找这颗未知行星的任务，勒维烈于1846年9月18日，写信给德国柏林天文台的天文学家加勒，告知有关情况，请求协助观测，说他自己从理论上算得这颗未知行星可能位于摩羯星座δ星东方大约5°的地方，并以每天69角秒的速率后退。加勒以科学家特有的敏感，就在接到信的9月23日晚上，立即组织人力，用天文台最好的望远镜对勒维烈预言的天区进行监测。几个小时过去了，望远镜视场里看到的星星都是已经知道的。难道勒维烈的预言错了，根本就不存在他所指出的这颗行星吗？加勒以天文观测者特有的耐心，继续进行观察。第二天凌晨，细心的加勒终于在勒维烈预言的位置靠后52′的地方发现了一颗星图上没有的八等星。但是因为观测不到它的移动，加勒一时不能肯定它就是行星。第二天晚上再作观测，终于证实了这颗八等星就是勒维烈所预言的行星。加勒兴奋极了，立即把观测结果发表在德国《天文学杂志》第23卷上，并给勒维烈复信，高兴地写道：“你给我指出位置的新行星是真实存在的。”新行星的发现，不但使勒维烈激动万分，而且轰动了世界。

    后来，人们把这颗从笔尖上算出来的新行星称做海王星。有趣的是，海王星的发现还具有一定的偶然性。因为勒维烈在计算过程中，设错了未知行星的轨道半径和质量数据，这样当然很难做出准确无误的预言。幸运的是在9月24日前后，勒维烈讲算的未知行星在星空中的位置同实际位置十分接近，这颗神秘的太阳系的新成员才被人类捕捉到了。

    亚当斯

    亚当斯（John Couch Adams，1819～1892）在科学上的主要贡献，是同勒维烈各自独立地用数学方法和万有引力定律，推算出当时还没有发现的海王星的位置。他是英国天文学家。1819年6月5日诞生于英国康沃尔郡拉尼斯特的一个佃农家庭。

    亚当斯的父亲虽然很穷，却一心要儿子学文化，送他去德文港接受正规学校教育。亚当斯对数学特别爱好，刻苦钻研，显露出很高的数学才能。1837年进入剑桥大学圣约翰学院学习。

    1843年毕业，留校任研究员。

    1852年应聘任彭布罗克学院研究员，1858年任学院天文学和几何学教授。1860年出任剑桥大学天文台台长。1851年～1853年、1874年～1876年两度当选为英国皇家天文学会会长。

    1821年法国天文学家波瓦德从天王星表中发现，它的早期观测位置和后期观测位置不一致，理论上很难解释。1843年，24岁的亚当斯凭借他数学基础好，又精通天体力学，就勇敢地挑起了研究这一难题的重担。他在日记里写着：“天王星为什么行动失常？是否由于外面还有一颗未知的行星？我将努力去研究它！”两年后，他终于从理论上证明了天王星运行不规则来源于一颗还没有发现的行星，并且推算出这颗行星在天空中的位置。

    1845年9月，亚当斯通过剑桥大学的一位天文学教授把计算结果报告给英国皇家天文台台长乔洽·阿里爵士。阿里对亚当斯的结果抱怀疑的态度，因此只是礼貌地向亚当斯写了封回信，根本没有组织天文台研究人员进行观测和寻找。亚当斯只好在缺少星图的条件下，自己在剑桥大学天文台进行观测，但没有找到。

    1846年9月25日德国柏林天文台宣布发现海王星后，亚当斯复查了自己所作的观测资料，发现原来他已经两次观测到海王星，却都误认为是恒星了。虽然亚当斯的研究成果被阿里压了下来，但是他的工作得到了学术界的普遍确认。英国天文学家赫谢耳证实他很早就了解亚当斯的工作；另一位英国天文学家查理斯也宣告，他曾经根据亚当斯的预言，于1845年7月底进行过观测，在三个不同场合观测到了这颗星，只是没有认识到它是行星。英、法两国天文学界曾经为优先权问题进行过激烈的争论，英国伦敦皇家学会以公正的面貌决定单独向勒维烈颁发柯普利奖章。后来英国皇家天文学会把两枚金质奖章分别授予勒维烈和亚当斯，来表彰他们各自的功绩。1848年亚当斯和勒维烈在伦敦相会，成了好朋友，长期合作研究探讨各种天文问题。

    此外，亚当斯在月球运动问题的研究中还取得了比较大的成功，对地球磁场、狮子座流星群轨道等问题的研究也取得了一些重要成果。

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