王春英

(西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院,甘肅蘭州 730030)

略論伽利略的科學(xué)思想及其作用

王春英

(西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院,甘肅蘭州 730030)

科學(xué)思想是科學(xué)理論的靈魂,科學(xué)精神是取得科學(xué)成就不可或缺的品質(zhì).本文通過(guò)伽利略的科學(xué)研究活動(dòng),探討了伽利略的科學(xué)精神基礎(chǔ)、科學(xué)研究的起點(diǎn)和科學(xué)研究的指導(dǎo)思想.他的科學(xué)思想對(duì)當(dāng)前的科研和教育工作都具有重要的借鑒與啟發(fā)作用.

伽利略;亞里士多德;科學(xué)思想

伽利略 (1564—1642)是意大利物理學(xué)家、天文學(xué)家、近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)的創(chuàng)始人.他的主要貢獻(xiàn)在力學(xué)方面.他 1632年發(fā)表了《關(guān)于兩個(gè)世界體系的對(duì)話》一書(shū),1638年又發(fā)表了《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》一書(shū).伽利略的科學(xué)貢獻(xiàn)和科學(xué)方法已為人們普遍承認(rèn),但科學(xué)思想在其中的作用卻往往被忽略.透過(guò)他的科學(xué)活動(dòng)看其成就和方法,科學(xué)思想和精神是他成功的主要原因之一.探討伽利略的科學(xué)思想和科學(xué)精神,無(wú)論對(duì)科學(xué)研究和教育工作都有著重要意義.他的科學(xué)思想和精神主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面.

1 唯物主義自然觀是伽利略研究問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)

自然觀是人們對(duì)自然界的總的看法,一般說(shuō)它屬于哲學(xué)范疇,但是以唯物主義的出發(fā)點(diǎn),堅(jiān)持從自然本身去說(shuō)明自然,解釋自然,由此得到一些能反映客觀世界本質(zhì)、符合科學(xué)的見(jiàn)解,這種自然觀顯然包含著豐富的科學(xué)思想,伽利略正是堅(jiān)持唯物主義自然觀,批判了亞里士多德 (以下簡(jiǎn)稱“亞氏”)的錯(cuò)誤理論,解釋了許多力學(xué)現(xiàn)象,從而使他的自然觀引發(fā)出科學(xué)思想的閃光.

首先,伽利略針對(duì)亞氏的世界觀和中世紀(jì)的經(jīng)驗(yàn)哲學(xué)提出了自己鮮明的見(jiàn)解.他主張把哲學(xué)建立在自然科學(xué)的基礎(chǔ)上,認(rèn)為哲學(xué)家應(yīng)該向自然科學(xué)家那樣面對(duì)客觀現(xiàn)實(shí),從自然界中把握自然的本質(zhì)面貌,而不能相信直觀感覺(jué)和邏輯推理所得出的“真理”,他對(duì)亞氏的批判就反映了這種思想.

16世紀(jì)以前,亞氏的宇宙學(xué)和物理學(xué)占據(jù)著統(tǒng)治地位.他不僅認(rèn)為,宇宙是一個(gè)巨大的球體,球形的地球固定不動(dòng)地居于宇宙的中心,而且還主觀臆測(cè)地把整個(gè)宇宙分為天體部分和元素部分.他認(rèn)為天體部分由高貴的以太物質(zhì)構(gòu)成,元素部分由普通的水、火、土和氣組成.他依據(jù)對(duì)立性原則證明天體是不生不滅的,且只有一種運(yùn)動(dòng)形式——圓周運(yùn)動(dòng).而元素部分是有生有滅的,元素世界的物體只能采取合乎自然與反自然的直線運(yùn)動(dòng).在伽利略看來(lái),亞氏人為地制造了天地間的差別,并從一些先驗(yàn)的基本原則出發(fā)論證了天地間的不同,雖然邏輯推理微妙、完整,但由于論證基礎(chǔ)缺乏基本的事實(shí)根據(jù),因此建筑在此基礎(chǔ)上的結(jié)論必然會(huì)離開(kāi)可感覺(jué)的世界.他要求人們拋棄純粹思辨的對(duì)“原因”和“本性”的討論,建議人們“采取另一條道路,找出一條更直接、更有把握的途徑,運(yùn)用更加踏實(shí)的建筑法則來(lái)建立基本原理.”[1]這里,伽利略提出了科學(xué)理論的來(lái)源和判斷標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題.即科學(xué)理論應(yīng)具有客觀性,它來(lái)源于自然,依據(jù)的是自然的運(yùn)行法則,它的定義必須借助于事實(shí),并非某個(gè)哲學(xué)家的地位和思想.不管什么時(shí)候,什么人,經(jīng)過(guò)考察,只要發(fā)現(xiàn)理論基礎(chǔ)有問(wèn)題,就有理由懷疑它的真實(shí)性、科學(xué)性,從而否定它.這正是伽利略唯物主義自然觀思想的具體體現(xiàn).

伽利略不僅承認(rèn)科學(xué)的客觀性和實(shí)在性,而且還將自己的研究工作建立在自然事物的基礎(chǔ)之上,表現(xiàn)出主觀與客觀的統(tǒng)一.這正是他與中世紀(jì)經(jīng)驗(yàn)哲學(xué)家不同的一點(diǎn).

中世紀(jì)的學(xué)者們崇拜人的理性,而且還贊同古人,很少離開(kāi)辦公室和書(shū)齋.“他們把自己的聰明才智用到討論假設(shè)的問(wèn)題上來(lái),如形式的張弛;或者沉醉于虛構(gòu)難題的臆想之中……”[2]他們也曾對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行過(guò)研究.例如牛津的梅頓學(xué)派還從速度的角度把運(yùn)動(dòng)分為三類:勻速運(yùn)動(dòng)、勻加速運(yùn)動(dòng)和不規(guī)則運(yùn)動(dòng).并把勻速運(yùn)動(dòng)定義為在所有相等的時(shí)間間隔內(nèi)通過(guò)相等的距離,把勻加速運(yùn)動(dòng)定義為在所有相等的任意長(zhǎng)度的時(shí)間隔內(nèi),獲得一個(gè)相等的速度增量.不規(guī)則運(yùn)動(dòng)就是不符合上述兩種定義的運(yùn)動(dòng).以后任巴黎納瓦拉學(xué)院院長(zhǎng)的奧里斯姆還創(chuàng)立了一種用幾何表示運(yùn)動(dòng)屬性形態(tài)的方法[3].并高明地運(yùn)用這些定義和方法,證明和提出了人們所稱的平均速度定理.然而,他們解答這些問(wèn)題并不是應(yīng)用于自然,只是經(jīng)驗(yàn)哲學(xué)家的微妙想象力和邏輯敏銳性的一些智力練習(xí).他們滿足于把速度當(dāng)成與真實(shí)物體的運(yùn)動(dòng)相脫節(jié)的強(qiáng)度可變性質(zhì),把幾何學(xué)表示看成是心靈的虛構(gòu).相反,伽利略看到了這些方法的意義,并與物理實(shí)在的探索結(jié)合起來(lái),建立了新科學(xué)的運(yùn)動(dòng)理論.

唯物主義自然觀還表現(xiàn)為,人類在認(rèn)識(shí)自然的過(guò)程中,不是消極地適應(yīng)自然而是主動(dòng)地作用于自然界.這一點(diǎn)在伽利略的科學(xué)研究中也反映出來(lái).伽利略積極主張通過(guò)對(duì)自然的觀察和對(duì)客觀事物的研究,特別是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)積累經(jīng)驗(yàn),以求探索大自然的奧秘.他說(shuō):“在實(shí)驗(yàn)科學(xué)里,首先是通過(guò)感覺(jué)、實(shí)驗(yàn)和觀察得到結(jié)果,并且盡可能地弄清自己的那些結(jié)果無(wú)誤.若結(jié)論是真的,人們就可以使用分析方法探索出一些已經(jīng)證實(shí)的命題,或找到某些自明的公理;但如果結(jié)果是錯(cuò)誤的,人們就可以永遠(yuǎn)探索下去而找不到任何已知的真理”.[4]例如他通過(guò)觀察比較了由黃金、鉛、銅和巖石以及其他重材料做成的球在空氣中的下落情況,從而發(fā)現(xiàn)比重不同的物體之間的速度差別隨著介質(zhì)密度變小,且越來(lái)越小.于是他利用抽象和理想化方法推理,最終得到:“在完全沒(méi)有阻力的介質(zhì)中所有的物體以相同的速度落地.”[5]又如他自制望遠(yuǎn)鏡,克服觀察的局限,從而看到了肉眼看不到的天文現(xiàn)象,為支持哥白尼的日心體系找到了事實(shí)根據(jù).

伽利略不僅局限于感性的觀察,而且上升到理性的認(rèn)識(shí),強(qiáng)調(diào)科學(xué)實(shí)驗(yàn)在認(rèn)識(shí)中的能動(dòng)作用.例如對(duì)落體運(yùn)動(dòng),感性經(jīng)驗(yàn)顯示,亞氏學(xué)派的觀點(diǎn)是正確的,但伽利略卻能在實(shí)驗(yàn)思想的指導(dǎo)下,根據(jù)下落物體產(chǎn)生的“實(shí)際現(xiàn)象”來(lái)斷定現(xiàn)象背后的客觀實(shí)在,發(fā)現(xiàn)了自由落體運(yùn)動(dòng)在相等的時(shí)間間隔內(nèi)速度的增量保持不變的基本特征,然后將這一基本特征用數(shù)學(xué)形式反映出來(lái),并在 v∝ t的基礎(chǔ)上利用幾何關(guān)系推演出 s∝t2的結(jié)論.更可貴的是,伽利略沒(méi)有把這一結(jié)論看作是最終結(jié)果,而是精心設(shè)計(jì)了巧妙的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證.伽利略的成功在于把感覺(jué)經(jīng)驗(yàn)與推理、數(shù)學(xué)與實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái),突破了淺薄的經(jīng)驗(yàn)主義認(rèn)識(shí)觀點(diǎn).以實(shí)驗(yàn)觀察作為基礎(chǔ),以理性分析作為論證,使伽利略的唯物主義自然觀進(jìn)入一個(gè)更深的層次,達(dá)到了一個(gè)更高的境界,這便是他超越前人和同時(shí)代人的關(guān)鍵所在.

2 自由探索精神是伽利略的科學(xué)精神基礎(chǔ)

伽利略之所以成功,一個(gè)很重要的原因就是興趣和執(zhí)著.伽利略先是按照他父親的意愿在比薩大學(xué)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué),可是跟醫(yī)學(xué)相比他更喜歡數(shù)學(xué)和物理學(xué).濃厚的興趣和求解的欲望使他想成為一個(gè)數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家,并因此遭到父親的反對(duì).父親試圖用他個(gè)人有關(guān)數(shù)學(xué)和清高貧窮的長(zhǎng)期相伴,勸說(shuō)兒子不要選擇這種報(bào)酬很低的職業(yè)[6].然而由于伽利略的一再堅(jiān)持,最終贏得了父親的同意.他對(duì)天文學(xué)和身邊的力學(xué)現(xiàn)象十分關(guān)注,并表現(xiàn)出心馳神往.他閱讀了大量的書(shū)籍,其中有亞里士多德、歐幾里德和阿基米德等人的著作.他不只是從前人那里獲取知識(shí),汲取智慧和靈感,他還對(duì)前人的思想、觀點(diǎn)進(jìn)行理性分析.為了追求真理,他不盲從潮流,不迷信權(quán)威,這一點(diǎn)從他對(duì)中世紀(jì)經(jīng)驗(yàn)哲學(xué)家的批評(píng)之中,反映出來(lái).

在伽利略那個(gè)年代,宗教神學(xué)占據(jù)著統(tǒng)治地位.經(jīng)驗(yàn)哲學(xué)家們利用亞氏的名望和淵博的知識(shí)為神學(xué)觀點(diǎn)擴(kuò)大影響和提供理論依據(jù),將亞氏的著作確立為僅次于宗教教義的全面性權(quán)威.“人們的思維方式習(xí)慣于宗教的權(quán)威,人們?cè)谑浪椎奈墨I(xiàn)方面也容易接受權(quán)威,……”[7]對(duì)知識(shí)的自由探索,使得“伽利略在年輕時(shí)代信仰亞里士多德,成年以后就不再相信亞里士多德的學(xué)說(shuō),而把握了新的原則.”[8]他崇拜理性,更接受無(wú)情的事實(shí).于是他對(duì)那些被視為知識(shí)的最可靠來(lái)源的書(shū)典不再尊崇,相反地開(kāi)始攻擊當(dāng)時(shí)廣為流行的經(jīng)驗(yàn)哲學(xué)派的觀點(diǎn).他批評(píng)經(jīng)驗(yàn)哲學(xué)家們通過(guò)思辨猜測(cè)獲取知識(shí)的做法.說(shuō)他們只知道邏輯推理,不顧事實(shí)根據(jù).他提醒經(jīng)驗(yàn)哲學(xué)家們:“自然科學(xué)的結(jié)論必須是正確的、必然的、不以人們意志為轉(zhuǎn)移的,我們討論時(shí)就得小心不要為錯(cuò)誤辯護(hù).”[9]

他責(zé)備經(jīng)驗(yàn)哲學(xué)家們是“使自己完全淪為亞氏奴隸的人,變得不管他講的什么都盲目地贊成;并把他的話當(dāng)做絲毫不能違抗的神旨一樣,而不探究其他任何根據(jù).”[10]在伽利略看來(lái),權(quán)威不代表真理,為了保證科學(xué)結(jié)論的正確性,人們應(yīng)該理性地對(duì)待權(quán)威,不應(yīng)該依附于大權(quán)威的思想,拘泥在他的一詞一句上,而對(duì)權(quán)威的教條深信不疑.因?yàn)檫^(guò)分的崇拜和迷信,只會(huì)蒙蔽人的心靈,遮住人的雙眼,看不見(jiàn)事實(shí)的真相.

他號(hào)召人們:為弄明白事情的發(fā)生,為獲得自然力的知識(shí),人們應(yīng)該去親自體驗(yàn)和觀察,親自去實(shí)驗(yàn).因?yàn)槊總€(gè)人都有一雙眼睛和一個(gè)頭腦,只要多看看,細(xì)想想,肯花力氣下工夫,就會(huì)找到正確的道路,就會(huì)獲得真理性的知識(shí).

由于伽利略對(duì)真理的追求和對(duì)權(quán)威的看法,造就了他徹底的獨(dú)立思考與懷疑精神,并將這一精神貫穿于科學(xué)研究始終,表現(xiàn)出勇敢與創(chuàng)新.他常以事實(shí)與邏輯推理相結(jié)合的方法揭露和否定亞氏的錯(cuò)誤觀點(diǎn),同時(shí)結(jié)合新情況,找出新思路,敢于突破,并創(chuàng)立新理論.例如,在伽利略之前,人們對(duì)力的作用原理是建立在亞氏理論基礎(chǔ)之上的.亞氏把運(yùn)動(dòng)與靜止看作是兩種對(duì)立的狀態(tài),不僅從運(yùn)動(dòng)到靜止或從靜止到運(yùn)動(dòng)需要實(shí)施力的作用,而且運(yùn)動(dòng)也需要力來(lái)維持.然而,伽利略認(rèn)為,亞氏的論點(diǎn)是錯(cuò)誤的.首先,靜止與運(yùn)動(dòng)都是物體的存在方式,它們并無(wú)實(shí)質(zhì)區(qū)別.因?yàn)殪o止不過(guò)是“一種無(wú)限度的慢”,所以它是運(yùn)動(dòng)的一種特殊狀態(tài).其次,伽利略通過(guò)實(shí)驗(yàn)表達(dá)了他自己的觀點(diǎn).把一個(gè)小球放在具有一定高度的光滑斜面上,這個(gè)小球必然自發(fā)地沿著斜面加速地滾下來(lái),到達(dá)底部小球獲得一定的速度,這個(gè)速度可使小球沿著光滑斜面減速地上升到同樣高度.如若把斜面變成光滑的、無(wú)限長(zhǎng)的水平面,小球就會(huì)以這個(gè)速度一直運(yùn)動(dòng)下去.這種在亞氏學(xué)派看來(lái),不可能存在的運(yùn)動(dòng)形式被伽利略揭示出來(lái):物體憑借本性具有一種運(yùn)動(dòng)并且將永遠(yuǎn)擁有這種運(yùn)動(dòng).這樣的運(yùn)動(dòng)是不需要力的作用.可見(jiàn),力不是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因,只有當(dāng)一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí),才需要力的影響.

伽利略沒(méi)有使用“慣性”這個(gè)詞,但他已表達(dá)出慣性的思想.這一思想為以后牛頓力學(xué)的建立奠定了重要的基礎(chǔ).

有了慣性運(yùn)動(dòng)思想和自由落體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì),伽利略又突破了亞氏的運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn),發(fā)展出拋體運(yùn)動(dòng)理論.按照亞氏的理論,一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體變化的結(jié)果不只是空間地點(diǎn)方面的變化,同時(shí)物體本身也經(jīng)歷了量和質(zhì)的一系列變化,所以運(yùn)動(dòng)總是影響著運(yùn)動(dòng)物體,一個(gè)物體不能同時(shí)有兩種或兩種以上的運(yùn)動(dòng),否則這些運(yùn)動(dòng)就會(huì)彼此相互影響,互相妨礙.伽利略卻認(rèn)為拋體的運(yùn)動(dòng)具有勻速運(yùn)動(dòng)和自然加速運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)的性質(zhì).他在其著作《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》中談道:“設(shè)想任意一個(gè)質(zhì)點(diǎn)沿水平面無(wú)摩擦地投擲;如果這個(gè)平面是無(wú)限的,這個(gè)質(zhì)點(diǎn)將沿平面作均勻的和永恒的運(yùn)動(dòng).如果這個(gè)平面是有限的或被提高了的,則運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)(我們想象它有重量)就將穿過(guò)平面的邊界,在它原先所作的勻速的、永恒的運(yùn)動(dòng)外,由于自身的重量而獲得一個(gè)向下運(yùn)動(dòng)的傾向;以至于所產(chǎn)生的我稱之為拋射的運(yùn)動(dòng)是一種水平勻速運(yùn)動(dòng)和另一垂直自然加速運(yùn)動(dòng)的復(fù)合.”[11]伽利略把運(yùn)動(dòng)同物體的本質(zhì)屬性分離開(kāi)來(lái),通過(guò)對(duì)拋體運(yùn)動(dòng)的討論,不僅改變了亞氏以來(lái)人們思想中固有的錯(cuò)誤觀念,而且揭示出自然界運(yùn)動(dòng)所遵循的簡(jiǎn)單性法則——運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性和疊加性.由于運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性,所以運(yùn)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)不會(huì)相互影響,這樣一來(lái),一個(gè)物體可以同時(shí)具有幾個(gè)運(yùn)動(dòng),合運(yùn)動(dòng)的結(jié)果遵從純粹的幾何學(xué)法則.相反,每一種運(yùn)動(dòng)也可以遵從相同的規(guī)則分解為若干個(gè)分運(yùn)動(dòng).

勇敢是創(chuàng)新的基礎(chǔ),創(chuàng)新是科學(xué)發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力.正是自由探索使伽利略具有了勇敢與創(chuàng)新的科學(xué)精神,才使他能夠排除一切干擾,在追求真理的過(guò)程中,表現(xiàn)出崇高的敬業(yè)和無(wú)私的奉獻(xiàn),為科學(xué)的發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn).

3 自然運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)單性思想在伽利略的研究中起著指導(dǎo)作用

自然界運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)單性思想源于人們對(duì)物質(zhì)世界本源的認(rèn)識(shí).古希臘的泰勒斯認(rèn)為,萬(wàn)物由水生成.德謨克利特認(rèn)為,萬(wàn)物是由微小不可分、堅(jiān)硬不可入的原子構(gòu)成.亞里士多德認(rèn)為萬(wàn)物是由土、水、氣和火四種元素按照不同比例組成.中國(guó)古代也有“元?dú)庹f(shuō)”和“五行說(shuō)”.古人把萬(wàn)物的生成或組成統(tǒng)一為幾種簡(jiǎn)單的有形物質(zhì),這是科學(xué)史上最樸素、最原始的簡(jiǎn)單性思想的表現(xiàn).

在科學(xué)史上,還有一種學(xué)派,他們把數(shù)看作是萬(wàn)物的本源.這一學(xué)派的代表人物是畢達(dá)哥拉斯(以下簡(jiǎn)稱“畢氏”).畢氏宣稱萬(wàn)物皆數(shù)字.他暗示所有的自然現(xiàn)象都是類似的數(shù)字關(guān)系.畢氏的數(shù)本論思想“對(duì)于整個(gè)希臘科學(xué)——無(wú)疑,也對(duì)于整個(gè)西方理性思維有過(guò)決定性影響.”[12]兩千年后,深受畢氏影響的哥白尼發(fā)表了《天體運(yùn)行論》一書(shū),在這本書(shū)中,哥白尼體現(xiàn)了以下思想:宇宙是一個(gè)和諧有序的系統(tǒng),從外表看來(lái),混亂不清的現(xiàn)象中,一定存在著對(duì)稱和秩序,且這個(gè)對(duì)稱和諧的天體可以用幾何模型進(jìn)行解釋.哥白尼的日心說(shuō)基本是正確的,在邏輯體系上更合理,用它計(jì)算天體運(yùn)行有相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確性并較為方便簡(jiǎn)單.托勒密從地心說(shuō)去解釋月亮和 6個(gè)已知行星要用 77個(gè)圓,哥白尼從日心說(shuō)出發(fā)去解釋則只需要用 34個(gè)圓.但是,日心說(shuō)畢竟是人們的感覺(jué)經(jīng)驗(yàn)所難接受的,它不僅保留了行星作正圓形軌道運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn),而且在得到觀測(cè)證實(shí)的精確程度上還曾比托勒密學(xué)說(shuō)遜色.哥白尼的日心說(shuō)由于與宗教教義相違背,遭到了羅馬教皇的反對(duì),被列為異端邪說(shuō).然而,具有頑強(qiáng)意志和堅(jiān)定目的的伽利略之所以贊成“日心說(shuō)”,并宣傳哥白尼思想,一方面在于他求真求是的科學(xué)精神;另一方面還在于他自然運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)單性思想.伽利略也像許多的科學(xué)家一樣信仰簡(jiǎn)單性原則,他曾說(shuō)過(guò):“要知道一般都公認(rèn),自然界能通過(guò)少數(shù)東西起作用時(shí),就不會(huì)通過(guò)許許多多的東西來(lái)起作用.”[13]這是伽利略對(duì)自然界的一種看法,也是他認(rèn)識(shí)自然的一種方法.這種方法在一定程度上影響了他對(duì)托勒密和哥白尼兩種體系的看法.

他認(rèn)真研究了哥白尼的著作,并將其理論與托勒密的理論進(jìn)行了比較,感慨道:“老實(shí)說(shuō),按照哥白尼體系來(lái)說(shuō)明,比按照托勒密體系來(lái)說(shuō)明,要容易得多,簡(jiǎn)單得多.由此可以清楚看出,哥白尼的假設(shè)雖不大容易理解,但是在自然界運(yùn)行起來(lái)卻很便當(dāng).”[14]他欽佩哥白尼的宇宙體系,承認(rèn)哥白尼的學(xué)說(shuō),除了通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀察到的事實(shí)依據(jù)外,還有一個(gè)原因,那就是哥白尼的宇宙模型符合大自然運(yùn)行的本性“大自然總是采取最簡(jiǎn)單的手段取得它要產(chǎn)生的效果.”[15]

“他在經(jīng)過(guò)對(duì)相對(duì)性這個(gè)早期論證之后承認(rèn),用地球表面上普通物體所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)沒(méi)有一個(gè)能夠證明地球?qū)嶋H上是否是在轉(zhuǎn)動(dòng).只有天文學(xué)上的證據(jù)和根據(jù)簡(jiǎn)單易曉的事情所進(jìn)行的推理才能支持地球轉(zhuǎn)動(dòng)的論點(diǎn).”[16]于是他提出疑問(wèn),誰(shuí)會(huì)相信自然就會(huì)費(fèi)那么大的事,推動(dòng)無(wú)限巨大的天體以不可想象的速度運(yùn)動(dòng)呢?“因?yàn)樽匀唤鐝膩?lái)不做那些做不到的事,……”[17]言下之意,按照自然法則,地球是轉(zhuǎn)動(dòng)的.

他在落體運(yùn)動(dòng)的研究中,也表現(xiàn)出了簡(jiǎn)單性思想的指導(dǎo)作用.

“當(dāng)我觀察一塊石頭由靜止開(kāi)始從高處下落,并且速度不斷增加時(shí),為什么我不相信這種增加速度是以對(duì)任何人來(lái)說(shuō)都非常簡(jiǎn)單的和相當(dāng)明顯的方式發(fā)生的呢?如果我們仔細(xì)考察事物,我們發(fā)現(xiàn)沒(méi)有比總是以同一方式重復(fù)它自己更簡(jiǎn)單的了.”[18]伽利略正是在簡(jiǎn)單性思想的指導(dǎo)下,抓住了速度變化的重復(fù)性特征,類比勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與路程的內(nèi)在關(guān)系,給出勻加速運(yùn)動(dòng)的定義:“如果一個(gè)運(yùn)動(dòng)由靜止開(kāi)始,它在相等的時(shí)間間隔中獲得相等的速度增量,則說(shuō)這個(gè)運(yùn)動(dòng)是加速的”.[19]接著伽利略又對(duì)自己的理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.考察一下伽利略的斜面實(shí)驗(yàn),從中可以看出,實(shí)驗(yàn)器材的選取簡(jiǎn)單而不復(fù)雜.一個(gè)銅制球,一塊刻有直槽的木板,自制的水漏計(jì)時(shí)器.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,將銅球簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn),用斜面沖淡重力作用,用羊皮紙減小摩擦.這一切都是要排除次要因素,凸顯主要性質(zhì),使物體的運(yùn)動(dòng)以純粹的形式表現(xiàn)出來(lái),這種把現(xiàn)實(shí)世界理想化的思維方式正是伽利略簡(jiǎn)單性思想的具體體現(xiàn).

當(dāng)然,簡(jiǎn)單性思想并不是唯一地幫助伽利略找到正確理論,但至少在伽利略的研究中起到了啟示和指導(dǎo)作用.對(duì)此伽利略并不否認(rèn).他總結(jié)道:“在研究自然加速運(yùn)動(dòng)時(shí),我們遵循了自然本身的習(xí)性和習(xí)慣,在各種方法中,僅僅使用了那些最普遍和最簡(jiǎn)易的手段.”[20]正是這種最普遍和最簡(jiǎn)易的手段幫助伽利略解決了十分重大的問(wèn)題,取得了一個(gè)又一個(gè)研究成果.

4 結(jié)束語(yǔ)

科學(xué)思想是科學(xué)理論的靈魂,科學(xué)精神是取得科學(xué)成就不可或缺的品質(zhì).通過(guò)伽利略的科學(xué)研究工作我們可以看到:(1)伽利略在長(zhǎng)期的科學(xué)研究活動(dòng)中,形成的樸素唯物主義自然觀,是他產(chǎn)生科學(xué)理論的重要前提.伽利略反對(duì)用思辨、猜測(cè)的方式認(rèn)識(shí)自然,不相信缺乏足夠的事實(shí)或確鑿的分析而做出的普遍性結(jié)論.而是以物質(zhì)的客觀實(shí)在性為科學(xué)研究基礎(chǔ).為了獲得事實(shí)依據(jù),哪怕一個(gè)小小的結(jié)論都要親自觀察和親自試驗(yàn).正是這種求真務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度,才使他能夠排除一切干擾,表現(xiàn)出崇高的敬業(yè)精神和無(wú)私的奉獻(xiàn)精神,最終獲得真理性的認(rèn)識(shí).(2)自由探索精神使得伽利略不受傳統(tǒng)觀念的束縛,不迷信權(quán)威和書(shū)本,為了追求真理,與宗教神學(xué)斗,與經(jīng)驗(yàn)哲學(xué)爭(zhēng),表現(xiàn)出了大無(wú)畏的革命精神.正是這種精神,才使他有所發(fā)現(xiàn),有所發(fā)明,作出巨大的科學(xué)貢獻(xiàn).(3)伽利略也和許多科學(xué)家一樣,都把簡(jiǎn)單性作為一種科學(xué)信念和指導(dǎo)原則.哥白尼堅(jiān)持“中心說(shuō)”提出日心說(shuō),其中一個(gè)原因是,它比托勒密的地心說(shuō)簡(jiǎn)單,它沒(méi)有那么多的本論和均輪.開(kāi)普勒則更深信,表現(xiàn)簡(jiǎn)單的日心體系中的幾何秩序和數(shù)學(xué)的關(guān)系反映了上帝創(chuàng)造世界的思路.伽利略利用自己的思想和獨(dú)立方法開(kāi)辟了物理研究的新領(lǐng)域,與其說(shuō)伽利略接受了哥白尼、開(kāi)普勒的影響,不如說(shuō)他具有類似的洞察客觀事物的心靈.這種共同的東西就是他們的哲學(xué)觀念——簡(jiǎn)單性原理.

[1][4][9][10][13][14][15][17] 伽利略.關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話[M].周煦良等譯.北京:北京大學(xué)出版社,2006.10,32～33,35,80,83,273,278,10

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[3] 詹姆斯·E.麥克萊倫,哈羅德·多恩.世界史上的科學(xué)技術(shù)[M].王鳴陽(yáng)譯.上海:上海科技教育出版社.2003.219

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[7][8] [英]W.C.丹皮爾.科學(xué)史及其與哲學(xué)和宗教的關(guān)系[M].李衍譯.北京:商務(wù)印書(shū)館,1979.157,195

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2010-11-27)

王春英,女,西北民族大學(xué)副教授,從事物理學(xué)史及物理教育工作.