捍卫真理，宣传日心说，挑战权威和教会

在帕多瓦大学后期（自1604年到1610年他离开帕多瓦大学期间），以及他离开帕多瓦大学直到临终，他主要开展了天文学的研究，为捍卫和支持哥白尼日心说，挑战权威和教会而奋斗终身。

一、第一个用望远镜打开通向天文学大门的人

历史上用望远镜对准天体，打开通向天文学大门的第一人就是伽利略。

1604年的10月发生了一起不寻常的天文学事件——天空中出现了一颗从未见过的“新星”，它异常明亮，在整个11月份一直非常耀眼。根据《圣经》上所说，上帝创造了这个宇宙之后，将永恒不变，星辰数量既不会增多，也不会减少。所以这颗“新星”向《圣经》提出了挑战。而这个永恒规律也正是亚里士多德所珍视的信条。根据古希腊哲学，尘世间的物质由土、水、空气和火4种基本要素组成。而按亚里士多德的观点，天空完全由第五种要素——以太构成，而以太是始终不变的，即天空将永恒不变。于是，亚里士多德学派的信徒们宣称：这一天文现象只是发生在地球与月亮之间大气层内的气象事件，不是天上的星辰。但伽利略对此“不速之客”作了详细观察，发现这颗星不仅远在月亮之外，且远在各个行星之外，是一颗亮度在发生变化的真正的恒星。（［1］，p58）事实证明，伽利略是对的。

这件事情大大地激发了伽利略研究天文学的兴趣，使他把研究重心逐渐转向天文学。实际上，早在青年时代，伽利略在比萨大学时就了解了哥白尼的学说，并表示赞赏。并且，伽利略与坚信哥白尼学说是正确的德国天文学家开普勒之间也有通信来往，相互支持和鼓励，表示要共同捍卫日心说。

图1－4　伽利略1609年制造的望远镜（现保存在佛罗伦萨博物馆）

但是要进一步研究，单凭肉眼来观测天体运动是极其有限的，所以如何能看清已知星球的真面目，如何能看清更遥远天空中天体的运动，这是伽利略梦想实现的情景。1608年，荷兰一位制造眼镜的工匠，他在翻找各种不同品种的玻璃片时，偶然通过两片玻璃（一片凸的，一片凹的）居然看到了远处用肉眼看不清的物体，就这样这个荷兰人发明了望远镜。第二年伽利略就知道了这个信息，他非常高兴，马上着手研究此望远镜的基本原理，很快了解到这是依据光通过透镜的折射理论。掌握了要点后，他便自行设计和打磨出凸凹一对透镜，装到一个金属圆筒里，很快就制成了可使物体放大近3倍、放大约10倍的望远镜。此后，伽利略不断改进，使望远镜的放大倍数不断提高。当消息传到威尼斯后，伽利略就受命将望远镜运到了威尼斯。那些议员和绅士们都饶有兴趣地进行观看，个个表示出惊奇。在伽利略给其妹夫的信中描绘道：“我制成望远镜的消息传到了威尼斯，一周后，就命我把望远镜呈献给议长和议员们观看，他们都感到非常之惊奇。绅士和议员们，虽都年纪很大了，但都一个个按次序登上了威尼斯的最高钟楼，眺望远在海上的船只，看得都很清楚。如果没我的望远镜，就是眺望两个小时，也看不见。望远镜使50英里外的物体，看起来像在5英里以内一样。”（［4］，导读，p7）

很快，伽利略首次将望远镜用到了对天体及其运动的观测，实现了要对天体看得更清楚的梦想，从而揭开了天文学史上崭新的一页，对探索和认识宇宙起到了巨大的推进作用。

二、用观测的事实支持日心说，挑战亚里士多德

1609年11月，伽利略首先用他的望远镜对准了离地球最近的星球——月球，结果使他非常震惊。因为他看到的月球，其表面与地球一样高低不平，丘陵和山岭到处可见，并不像亚里士多德学派所宣称的月亮表面是平坦、光滑、呈球形。在对银河的仔细观测后，他发现“银河”也并不像人们普遍认为的是一条云带，实际是由一大群、多得数不清的星星所组成的。

1610年1月，伽利略又将望远镜对准了木星，他发现了木星有4颗卫星，正像月亮是地球的卫星一样。托勒密地心说的支持者曾提出过质疑：“如果地球、金星、木星、土星等都围绕太阳转，而月亮又是地球的卫星，那么为什么其他星球没卫星？”他们企图以此来说明地球之所以有卫星正是因为地球不同于其他星球，是静止在宇宙中心的缘故。伽利略的结论是木星不仅有卫星，而且有4颗！这是驳斥地心说支持者的重要依据。

1610年3月，伽利略出版了一本新书——《星际使者》，报道了上述他所观测到的一系列真实而惊人的星空景象，向亚里士多德和托勒密错误的天文学观点进行公开挑战，并且首次公开表示支持哥白尼学说。

科学是我心中的温暖和愉快，使我无所畏惧，视死如归。

意大利科学家布鲁诺（1548—1600）（［10］，p74）

心语　以生命捍卫日心说，被宗教裁判所处以火刑的科学家布鲁诺，一生为真理而斗争的科学精神永远活在世界人民心中。

《星际使者》出版后，不到一周便销售一空。由于书中精彩绝伦的内容，很快传遍欧洲各国，并引起了全世界的关注，获得了极大的赞誉——“伽利略发现了新宇宙”。天文学家开普勒（1571—1630）尽管没有一架能证实书中内容的望远镜，但读了此书后，考虑到伽利略严谨的科学作风，他写信给伽利略，表示完全相信他的观察。后来还写了“关于〈星际使者〉的评论”，对伽利略的思想作了有力支持和补充。（［1］，p41；［2］，p95）

在伽利略这本书获得广泛认可和荣誉的同时，也为他引来了教会和亚里士多德信徒们的反对，他们恶意中伤：“木星的那些卫星十有八九是错觉，说不定就是伽利略的透镜把它们弄到天上去的。”（［1］，p45）但是，这一切不能让伽利略停下对天文学的研究，动摇他支持哥白尼日心说的决心。

1610年9月，伽利略接到佛罗伦萨科西莫二世大公殿下（托斯卡纳公国君主）的正式邀请，被任命为“比萨大学首席数学家和宫廷哲学家兼数学家”的职位，到宫廷里就任新职。为什么他愿意离开已工作了18年之久的帕多瓦大学，离开威尼斯这个思想开明，对他的一些挑战教会的思想并没引来多大风波的地方呢？他在给佛罗伦萨的好友的信中道出了原因：因新的工作任务少，在摆脱了大学较多的教学工作后，可集中精力从事科学研究。同时薪水很高，足以让他养家，并能更好地照顾好他的弟妹。

伽利略与科西莫二世大公之间还有一段深厚的师生情谊。那是他在帕多瓦大学任教时，自1605年开始每年暑假回到佛罗伦萨时，他都会应当时托斯卡纳公国的老君主费尔迪南多大公及其夫人的邀请，担任王子（即现在的科西莫二世大公）的私人导师，伽利略很喜欢这个王子学生，这位王子也被伽利略的学识所吸引。1609年1月，费尔迪南多大公病故，不满19岁的科西莫王子登上了宝座，成为尊贵的科西莫二世大公。不久就授予伽利略这个宫廷职位。实际上这位年轻的大公以其权势成了后来伽利略受迫害时的保护人。

回到佛罗伦萨后，他立即投入天文观测，很快发现在土星两侧似乎有“两颗伴星”。实际上当时由于观测条件限制，伽利略不足以看清。直到1656年荷兰科学家惠更斯用了更大更好的望远镜，才断定不是两颗伴星而是在土星周围存在着光环。^[2]

1610年12月他又有了一个不同寻常的发现——他观察到金星也有位相，即同月亮的盈亏一样，有“满月”到“残月”的变化。但是不同的是：金星在“满月”时，它的大小看上去最小，从“满月”到“残月”变化时，它的大小看上去会渐渐变大。而对月亮而言，从满月到残月变化时，其大小没什么变化。伽利略认为这一新发现更是哥白尼太阳中心说的有力论据，它直接证明了托勒密的地心说是错误的。因为如果金星像月亮一样绕地球作圆周运动的话，其看上去的大小不会随“满月”到“残月”的变化而变化。如果假定金星和地球都绕太阳转动，且金星转动的半径比地球的小，另外它和地球一样自己不发光，只能反射太阳光的情况，则从地球上看到金星“满月”时，它是在离地球最远的一侧，所以它的大小最小；而当金星逐步接近地球时，我们只能看到它的部分反射光，即“残月”情况，则大小会逐渐变大，与实际观测完全相符。

当伽利略用望远镜对准太阳时，又有了新的重大发现，他看到在太阳表面上竟然有暗处，像黑斑，现在天文学上称之为“黑子”。他报告说：“在天空应被认为最纯洁、最宁静的那个地方——我是说在太阳的表面上，这些数不清的一群群密集的、模糊不清的物质在被发现的短暂时间里不断地产生和消失。”他根据黑子移动现象的分析和研究又进一步指出，正是由于太阳的转动使黑子随之发生位置的变化。这对亚里士多德关于“天体是完美无缺的”以及“天是永恒不变的”等错误论断又是一次致命的打击。此时，亚里士多德和教会的一些忠实信徒又跳出来，凭主观臆想说，这些黑子必定是许多环绕太阳移动的一群小星，以此来维护太阳的完美形象。但是伽利略在给他好友韦尔泽的信中，明确指出：“太阳黑子在太阳的表面产生和消失，并紧贴太阳的表面，而太阳在大约每月一次绕轴自转时带着它们，可能把其中一些寿命超过一个月的黑子又带了回来，但由于形状和样式变了，我们不容易把它们认出来。”（［1］，p62）1613年，伽利略在仔细观察的基础上，出版了著作《关于太阳黑子的通信》。

由于伽利略及其支持者的不断努力，哥白尼学说逐步被广泛传播，并且得到越来越多人的承认，其中也包括一些教会人士。对此，教会越来越感到恐慌，害怕统治地位的动摇。伽利略的名字也随之被列入罗马宗教裁判所的黑名单。1616年2月的一天，宗教法庭传唤了伽利略，要他放弃对哥白尼学说的宣传，否则将对他起诉。伽利略被迫默然同意放弃对哥白尼思想的宣传。1616年3月5日罗马教廷又下了一道教令，查禁了哥白尼的《天体运行论》及其他一些被称为“与《圣经》相抵触”的“异端邪说”，这些书被列入了“教廷禁书目录”。但幸运的是伽利略躲过了教廷对他个人的指责，他本人的著作没被列入禁书。

三、坚持捍卫真理，发表惊世巨著《对话》

伽利略虽然在罗马被迫表示放弃宣传哥白尼学说，但他内心是坚信得到大量观测事实所支持的哥白尼的日心说是完全正确的，而地心说则十分荒谬。探索真理、坚持真理的决心使他不能在科学研究的道路上停下来，尽管前面征途险恶，他仍要为捍卫真理而斗争。在这里也应该告诉读者，在伽利略的通信集中，有很多地方都提到了由于病痛使他不能及时给人回信，或不得不匆匆忙忙把信结束。此时，已50多岁的他，健康不佳，痛风、肾结石常带来阵痛，还有胸痛以及失眠和各种眼疾带来的苦恼等等。使人敬佩的是，他常常一离开病榻，就立即投入科研工作。

从罗马回到佛罗伦萨后，他又继续从事天文观测和研究，要用新的事实和论据来进一步充实哥白尼学说。在依靠望远镜来证明哥白尼体系的同时，伽利略又提出了一个从对地球本身的观察来说明地球在运动的佐证，这就是他关于潮汐现象的解释。这一重要内容后来也被写进了他的巨著《对话》之中。他认为“就地动或地静而言，所有地上的事件除海洋的潮汐外，都是无所偏袒的”。因为只有水，“由于它的流动性，是相当自由的”。“如果地球是不动的，海洋的潮汐就天然不能发生；而当我们赋予地球以运动时，海洋就必然产生潮汐。”（［4］，p293）当时伽利略认为这是说明地动说的有力证据。实际到牛顿发现了万有引力后，人们才完全搞清楚海洋潮汐的产生是由于海水受到太阳和月亮的引力，以及地球绕太阳公转时所产生的惯性力作用的结果。

1623年8月伽利略的昔日好友——55岁的红衣主教马费奥·巴尔贝里尼当选为新教皇，成为乌尔班八世。两人已有十多年的通信交往，新教皇是一位喜爱艺术和科学的学者，对来自乌尔班家乡佛罗伦萨的伽利略的科学成就十分赞赏，称他为“一个具有巨大价值的高尚而虔诚的人”、“是奇妙天象的发现者”。伽利略自认为有新教皇的赏识，可以放心开始写一本《关于潮汐的对话》，以进一步表达和宣传地球在运动的思想，支持哥白尼学说。可是，他很快得到教会的刁难和阻碍。那位曾赏识他的新教皇也立刻变脸，站在教会立场出面告诫伽利略，提出了一系列限制。首先是书名要改，因为“潮汐”一词会使人联想到地球的运动。尤其是要求在书中把对“地球运动”的两种观点（日心说和地心说）都叙述出来，并必须指出所谓“地球运动”仅仅是为了方便理解天体运动而提出的一种假设而已，并没有确凿的证据来证明这种现象。还要求书中必须以“是万能的神用人类想象不到的方法创造了世界”作为最后结论。（［2］，p176）只有这样，他的书才能允许出版。

面对如此的刁难，为了能坚持宣传哥白尼学说，聪明的伽利略采取巧妙的方式，表面上看来维护罗马教会，将两种观点都讲到，但实际上他站在哥白尼体系一边宣传日心说。为此，伽利略将书名改为《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，书中采用了三人对话的形式，讨论托勒密地心说和哥白尼日心说哪个正确的问题。其中对话者萨尔维阿蒂代表哥白尼，沙格列陀作为对二人观点作判断的公正人，实际代表伽利略自己。这两人的名字取自他的两位赞成哥白尼观点的已故朋友的真实姓名。另一人叫辛普利邱代表托勒密，这个化名借以纪念6世纪的这位亚里士多德学说的注释者。在《对话》中表面上看不出伽利略本人站在哪一边，而所列出的大量事实和论据都强有力地支持了哥白尼日心说，并严厉地批判了亚里士多德和托勒密的错误理论。可见，为捍卫真理伽利略冒着很大的风险。

为了尽量避免引起风波，不影响《对话》最终的出版，伽利略在书前写了一篇题为“致明智的读者”的序言。在开头他用一种似乎是维护罗马教会的口气写道：“几年前，为了排除当代的危险倾向，罗马教会颁布了一道有益世道人心的敕令，及时地禁止了人们谈论毕达哥拉斯学派的地动说。”但接着又写出他写《对话》的目的是“我决心作为对这一庄严真理的一个见证人而公开出现在世界舞台上”。这里的“真理”在伽利略的心中显然是指“日心说”，正是上述的“地动说”。在序言中，伽利略又进一步写道：“为了达到这个目的，我在讨论中站在哥白尼体系一边，把它作为一种纯数学假设来叙述。”这里他虽然表面看来他按教会要求把哥白尼体系作为一种“数学假设”来介绍，但是他内心把它看作一种科学真理。为此，在序言中他紧接着马上写道，“并用一切方法说明它，使它看来比假定地球静止的学说来得好。”（［4］，p1）

由于伽利略身患疾病，加上在写作过程中一系列新的观测、新的问题出现，都影响了他的写作，以致他断断续续花了6年时间，直到1630年3月才完成用意大利文写就的书稿。书稿完成后，一场争取该书出版的严峻斗争又开始了。由于伽利略的个人魅力及其为争取出版的百般努力，加上朋友的支持、亲人的关怀，终于在罗马该书通过了出版审查。1632年初全书印制完成，此时伽利略已是68岁的老人。由于《对话》这本书形式活泼，语言通俗，事实翔尽，内容丰富，寓意深刻，发人深思，因此出版后它立即成了畅销书。

图1－5　1632年版《对话》的卷首插图（画中左边是亚里士多德（公元前384—前322），中间是手持地心说的托勒密（约90—168），右边是拿着日心说宇宙模型的哥白尼（1473—1543））

巨著《对话》在科学史上占有极为重要的地位，堪称科学史上的杰作。全书写了4天的对话。按《对话》中译本开头的“导读”一文中所归纳的，这4天对话的主要内容是：第一天批判了亚里士多德所谓“天不变”等一系列谬论；第二天用科学事实论证了地球的周日运动（自转）；第三天以大量的观测资料论证了地球的周年运动（公转），否定了地球为宇宙中心的错误说法；第四天讨论潮汐问题。（［4］，导读，p12）可见，全书伽利略充分利用了他20年来用望远镜所观察到的全部事实和其他实验，有力支持了哥白尼学说。书中对亚里士多德派错误观点的批判也随对话的深入逐步严厉、不留情面。如在第二天的对话中，作为伽利略的代表沙格列陀痛斥了亚里士多德的信徒：“啊，那些思想浅薄的人，他们的卑鄙真使人无法形容！甘心情愿做亚里士多德的奴隶，把他的什么话都奉为圣旨，一点不能违反。把亚里士多德看作恩师，对那些他们自己都弄不懂其写作意图或者用来证明什么结论的论据，都称为非常‘有力’，‘理由十分明显’，自己深信不疑！”（［4］，p79）并且借哥白尼的代表萨尔维阿蒂的口，针对亚里士多德和托勒密反对地动说而对沙格列陀讲道：“你将会看出哥白尼头脑之精细和眼光之敏锐要大大超过托勒密，因为托勒密没有看到的，他却看到了。”这里显然是指看到了地球的运动。”（［4］，p81）可以说，当读者读到《对话》的最后一页时，他们会完全相信，毕达哥拉斯和哥白尼已经彻底地把亚里士多德和托勒密打败了。

除了科学地论证了地动说，使哥白尼学说在斗争中取得胜利以外，全书还充分强调了科学观察、科学实验的重要性。并且一再强调了自然科学的结论不以人们的意志为转移。人的认识不应当是凭空想象或捏造，而应来自“那本经常在我们眼前打开着的最伟大的书里”，这本书就是自然界。同时，伽利略又是非常重视读这本“书”的人，他认为“任何人只要长一双眼睛，有一个头脑，就足够做他们的向导了”。（［4］，导读，p14）