书城科普读物影响世界的62部科学名著
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第3章 科学思想(2)

1564年2月15日,伽利略出生于比萨城的一个没落贵族家庭。他的父亲是一位数学家、音乐家。伽利略曾经在比萨读书并且在比萨大学里教过书。后来,他又到帕多瓦大学任教,他在力学方面的一些比较重要的研究都是在这个时期进行的。1610年,他移居到佛罗伦萨,任托斯干大公爵的哲学和数学首席供奉,并在这里用望远镜进行天文观测和研究。然而,伽利略的思想在当时却被视为异端。1615年,伽利略受到罗马宗教法庭的传讯。但他并没有终止自己的研究,从1624年起,伽利略总结他的一系列新的科学发现,开始写作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。书中他强调自然科学要重视观察和实验,科学的规律应当由实验来证明,反对离开观察实验的抽象推理。1632年《对话》出版,不仅受到学者们关心,人民群众也议论纷纷。当时教会认为,这部《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》比要求宗教改革的路德和加尔文的文章更加可怕和有害,会造成更加严重的后果。因此,伽利略再次遭到了残酷的政治迫害。1633年2月,伽利略被迫抱病去罗马受审,遭到严刑拷打。1633年,伽利略被罗马教廷宗教裁判所判处终生监禁,并再次被逼表示和哥白尼假说决裂。

《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》集中地反映了伽利略的科学思想,他在科学活动中就是按照这些方法和思想去做的。在研究中,伽利略进行了大量的观察和实验,并从实验中总结了惯性定律、自由落体定律和合力定律。因此,伽利略也被看成是近代实验科学的创始人。此外,伽利略还首先在科学实验的基础上融会贯通了数学、物理学和天文学三门知识,扩大、加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识。他的许多发明,也对数学、天文学,特别是对力学作出了重大贡献。伽利略的主要著作有:《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》、《论两种新科学》、《星空使者》、《关于太阳黑子的书信》等。

【内容提要】

亚里士多德——托勒密的地球中心说认为:地球是静止的,处于宇宙的中心,它既不自转,也不绕太阳旋转;太阳、月亮和其他行星固定在透明的各个天层上绕地球旋转;天是永恒不变的、不生不灭的,地是可变的,有生有灭的等等。这成了教会神学证明上帝存在的论据。教会又进一步利用地心说证明上帝的崇高和完美,把地心说神化起来,说什么地球是上帝选定的宇宙中心,宇宙是上帝为了人而有目的地创造的,天地之间有根本区别等等。教会一直认为,亚里士多德——托勒密的学说同宗教教义具有同等意义,绝对不允许怀疑。谁要是怀疑就是大逆不道,犯了亵渎神圣的罪行,就会横遭迫害。宗教的统治扼杀了科学思想的发展,使欧洲的天文学和全部自然科学在整个中世纪停滞不前。直到16世纪,这个僵化而贫乏的思想体系,仍然牢固地束缚着天文学和整个自然科学。《对话》以自然科学的新成就为依据,批判了亚里士多德——托勒密的地球中心说和宗教唯心主义世界观,论证和发展了哥白尼的日心说,具有重要的科学意义和哲学意义。

作者通过四天的对话,一步步的论证了自己的观点。这四天的主题分别是:

第一天,批判经院哲学关于天体和地球根本不同的谬论,证明地球和行星一样,是一个运动的天体。在“第一天”里,伽利略以观察到的一系列自然现象为依据,对“天不变”、“天地之间有根本区别”等宗教教义进行了批判。1572年和1604年,人们发现了两颗新星。后来,伽利略用望远镜又观察到了太阳黑子的产生和消失。这些事实都证明,天体和地球是一样变化的,不是永恒不变的。

第二天,批判地球不动的谬论,证明地球是运动的,地球在绕轴自转(即周日运动)。在“第二天”里,伽利略在证明地球的周日运动时,广泛地运用了他在力学领域里的研究成果,他对落体运动、抛物体运动、摆的振动以及惯性运动等自然现象进行了分析。

在经院哲学家看来,落体垂直下降这种常见的自然现象,是地球静止说的无可辩驳的证据。他们说:如果地球转动,那末石子自塔顶落下时,由于塔随地球转动,石子就不会落在塔底,而应当落到与塔底有一段距离的地方,石子的运动也不会是直线运动,应当是斜线运动。然而,我们看到的是石子垂直落到塔底。因此,地球是不动的。

其实这只是事物的表面现象。伽利略敏锐地指出,经院哲学家的错误是把需要加以证明的命题,当作已知的正确前提。事实上,地球本身的运动,对居住在地球上的我们来说,必然觉察不出,好像根本不存在一样。这同我们在船舱里常常觉察不出船是在运动还是静止不动一样。因为,运动只是相对于没有这种运动的物体才存在,在所有具有相等运动的物体之间,运动仿佛不存在。在石子自塔顶垂直下落这个事例上,由于地球、塔、石子和我们观察者都在作周日运动。因此,我们感觉不出这种运动。唯一可以观察到的,是我们没有参与的运动,即石子自塔顶落下的运动。事实上,石子自塔顶落下时,处于和地球一样的运动状态,这种向下运动具有地球的周日运动的特点,所以我们观察到的是石子自塔顶垂直落下的直线运动。

第三天,批判地球是宇宙中心的谬论,证明太阳系的中心不是地球,而是太阳,地球和其他行星一样,在绕太阳运行(即周年运动)。在“第三天”里,伽利略同样以大量观察材料为依据,对行星运动的规律进行了分析。伽利略尖锐地揭露了托勒密体系造成的许多极端荒谬的矛盾,令人信服地证明了天体运行的中心是太阳,而不是地球。第一,观察表明,所有行星都有时离地球较近,而有时又离地球较远,而且远近差别很大,却从来没有离太阳很远,并且有时看到在太阳这一边,有时又看到在太阳那一边。这就证明,行星运行的中心是太阳,而不是地球。

第二,按照托勒密体系,整个宇宙是由许多作不规则运动的天体组成的,行星既由东向西运动,又由西向东运动,而且时快时慢,甚至会完全停止和逆行。为了自圆其说,托勒密就为行星运动规定了各自的轨道。按照他的规定,火星的轨道应当在太阳的轨道之上,可是,观察表明,火星有时会落在太阳之下,有时又无边无际地飞升到太阳之上,结果还是无法自圆其说。而按照哥白尼体系,就完全排除了诸如此类极端荒谬的不规则运动,使天体运行秩序井然。这是证明哥白尼学说正确的有力证据。伽利略还用几何图解证明了,五大行星的不规则运动,都不是由它们本身实在的运动引起的,而是由地球的周年运动造成的。行星运动事实上是有规则的。

第四天,讨论潮汐问题。在这个问题上,科学的发展证明,伽利略的观点是不正确的,他错误地认为,潮汐现象可以从假定地球在运动中得到说明。

精彩语录

1、任何可以归之于地球本身的运动,只要我们始终看着地球上的事物,必然是我们觉察不到的,就好像是不存在的一样;因为作为地球上的居民,我们也同样地动着……因此要考察什么运动可以说是属于地球的,而且如果属于地球,会是怎样的一种运动,真正的方法就是观察和考虑那些和地球分离的天体,显示出什么属于一切天体的运动迹象。

2、事实上,地球本身的运动,对居住在地球上的我们来说,必然觉察不出,好像根本不存在一样。这同我们在船舱里常常觉察不出船是在运动还是静止不动一样。因为,运动只是相对于没有这种运动的物体才存在,在所有具有相等运动的物体之间,运动仿佛不存在。3、首先,是不是所有的哲学派别都认为,一个有天然的圆周运动的物体会不规则地绕自己的中心运动,而有规则地绕另一点运动,是一种非常不妥当的现象呢?然而托勒密的结构却是由这类不规则的运动所组成的,而在哥白尼体系里每一种运动都一样是环绕它自己的中心的。

4、如果我们着眼于运动体,不去怀疑假定地球运动比假定宇宙运动简单的多,并且考虑到由此将获得其他许多简便之处,那么周日运动仅仅属于地球而不属于地球之外的宇宙,其可能性就要大得多。5、自然界只要使一个球体环绕自己的中心作适当的运动就可以达到目的了;谁会相信自然界会费那么大的事使无限巨大的天体以不可想像的速度运动呢?要知道一般都公认,自然界能通过少数东西起作用时,就不会通过许许多多的东西来起作用。

6、科学的真理不应在古代圣人的蒙着灰尘的书上去找,而应该在实验中和以实验为基础的理论中去找。真正的哲学是写在那本经常在我们眼前打开着的最伟大的书里面的。这本书就是宇宙,就是自然本身,人们必须去读它。

《物种起源》

作者:达尔文(英)

成书时间:1859年

推荐版本:商务印书馆1995年版

【作者简介】

查理·达尔文(Charles R.Darwin,1809—1882年),英国伟大的生物学家,生物进化论的最主要奠基人。创立的生物进化论被恩格斯誉为19世纪自然科学三大发现之一。

1809年2月20日,达尔文出生在英格兰西部希鲁普郡一个世代医生的家庭中。达尔文从小就热爱大自然,尤其喜欢打猎、采集矿物和动植物标本。但他的父亲希望他将来也能成为名医、继承家业,曾经把他送到爱丁堡大学学医。进到医学院后,他对医学研究没有丝毫兴趣,仍然经常到野外采集动植物标本。于是父亲于1828年又送他到剑桥大学,改学神学,希望他将来成为一个“尊贵的牧师”。达尔文在剑桥大学获得了学士学位,但实际上他对神学院的神创论等谬说十分厌烦,他仍然把大部分时间用在听自然科学讲座、阅读大量的自然科学书籍、精心收集甲虫等动植物标本方面。1831年,年轻的达尔文经汉斯罗教授的推荐,以自然科学家的身份、有机会参加了贝格尔舰历时五年的环球考察。在这五年中,他通过自己在跋山涉水时的耳闻目见,开始对圣经上“形形色色的生物,都是上帝制造出来,而且物种是不变的”说教,产生了怀疑。达尔文在对大量生物现象考察之后,认为物种是可变的,而且不同的物种拥有共同的祖先,他还得出了这样一个结论:某个物种只要条件比其他物种优越,就会有更多的机会生存下来,并且繁殖后代。这就是他在日后提出的著名的“自然选择”理论。

为了替自己的理论找到更多的根据,达尔文不但细致地整理了在大自然中可收集到的各种变异事实,而且还广泛收集了家养动物的各种变异事实,并且通过查阅参考大量书籍和资料,最后他终于在1859年11月24日出版了一部划时代的巨著——《物种起源》。《物种起源》一书的出版是一件具有世界意义的大事,因为它使得19世纪绝大多数学者对生物界和人类在生物界中的地位的看法发生了根本的变化,它使得人们的基本世界观发生了深刻的变革。马克思说,这本书实际上也为历史上的阶级斗争提供了“自然科学根据”。

达尔文是一位杰出的科学家,他划时代的贡献为人类科学事业的发展开辟了新的广阔前景,因此,1882年4月19日当他逝世以后,人们为了表达对他的敬仰,把他安葬在另一位科学界伟大人物牛顿的墓旁,享受着一个自然科学家的最高荣誉。

达尔文的著作有:《考察日记》、《贝格尔舰航行期内的动物志》(五卷)、《贝格尔舰航行中的地质学》(三卷)、《人类的由来》和《物种起源》等。

【内容提要】

《物种起源》是英国著名的生物学家达尔文的杰出代表作。全书首先从作者以博物学者的身份参加贝格尔号皇家军舰航游世界的经历开始。作者写道:“在那次旅行中,我曾在南美洲看到有关生物的地理分布以及现存生物和古代生物的地质关系的某些事实,这些事实深深地打动了我。正如本书以后各章所要论述的那样,这些事实似乎对于物种起源提出了一些说明——这个问题曾被我们最伟大的哲学家称为神秘而又神秘的。归国以后,在1837年我就想到如果耐心地搜集和思索可能与这个问题有任何关系的各种事实,也许可以得到一些结果。经过五年工作之后,我专心思考了这个问题,并写出一些简短的笔记;1844年我把这些简短的笔记扩充为一篇纲要,以表达当时在我看来大概是确实的结论。从那时到现在,我曾坚定不移地追求同一个目标。我希望读者原谅我讲这些个人的琐事,我之所以如此,是为了表明我并没有草率地做出结论。”

作者说,全世界所有生物之间的生存斗争,这是它们依照几何级数高度增值的不可避免的结果。这就是马尔萨斯(Malthus)学说在整个动物界和植物界的应用。每一物种所产生的个体,远远超过其可能生存的个体,因而便反复引起生存斗争,于是任何生物所发生的变异,无论多么微小,只要在复杂而时常变化的生活条件下以任何方式有利于自身,就会有较好的生存机会,这样便被自然选择了。根据强有力的遗传原理,任何被选择下来的变种都会有繁殖其变异了的新类型的倾向。

谁能解释某一个物种为什么分布范围广而且为数众多,而另一个近缘物种为什么分布范围狭而为数稀少?达尔文相信这决定着它们未来的成功和变异。他批评了那种认为每一物种都是独立被创造出来的观点。达尔文说:“我完全相信,物种不是不变的,那些所谓同属的物种都是另一个普通已经绝灭的物种的直系后裔,正如任何一个物种的世所公认的变种乃是那个物种的后裔一样,而且,我还相信自然选择是变异的最重要的、虽然不是唯一的途径。”