我所了解的科学史：连载5

五、日心说和实验科学的发展

到了16世纪，关于天体运动的问题，终于有人开始提出与古希腊先贤们不一样的理论学说。来自波兰的 哥白尼 （生于1473年）大学毕业后曾留学于意大利，通过对古希腊经典的研究和自己的观测，发现用太阳取代地球作为宇宙中心可以大大简化宇宙模型，于是提出了“ 日心说 ”。但迫于教会的压力，哥白尼直到去世前才出版著作 《天体运行论》 。

意大利的思想家 布鲁诺 （生于1548年）是“日心说”理论的支持者，他认为宇宙中有很多个太阳系，每个太阳系都有一个上帝。这种理论与当时的宗教思想产生了巨大的冲突，最终布鲁诺受到了宗教的惩罚，被 活活烧死在罗马鲜花广场 。虽然布鲁诺死于宗教问题，但也算是科学的殉道者吧。

“日心说”理论毫无疑问遭到了教会的严酷打压，在当时并未给“地心说”理论造成太大的冲击。直到16世纪末17世纪初，一个被称为“现代科学之父”的大神出现了，他就是 伽利略 （生于1564年），一个实打实的实验狂人。他第一个用实测数据扇了“地心说”的脸。

伽利略通过两个著名实验认知到物体存在 惯性 （当时称之为自然本性），一个是思想实验， 萨尔维奥蒂的大船 ：一个叫萨尔维奥蒂的人在平稳行驶的船上跳起后仍会落到原地，而地球就像这艘大船，如果地球绕太阳平稳转动，因为惯性的原因，人起跳后仍会落回原地。这为“日心说”提供了一个理论支持，地球即使绕着太阳转动也不会出现所谓的“地动抛物”问题。

另一个是 斜面实验 ：从斜面滚下的小球获得了动力，在水平面上继续滚动，如果水平面足够平滑，小球将做匀速直线运动。后来牛顿在此基础上发展出了 惯性定律 。

伽利略还做了著名的 自由落体实验 ：两个重量不同的球体在同一高度同时释放，两者同时落地。这个实验反驳了亚里士多德的观点：两个物体同时掉落，重的先着地。

伽利略还升级 改造了望远镜 ，并有了重大发现：

1、月亮表面凹凸不平、坑坑洼洼。这个发现反驳了亚里士多德的观点：月亮是完美的，天体都是光滑的。

2、木星有四颗卫星。这个发现直接 反驳了“地心说” 理论（地心说理论的核心是所有天体都围绕地球旋转）。

通过天文观测和研究，伽利略出版了巨著 《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》 。不过这本著作给伽利略本人带来了极大伤害，因损害天主教利益，伽利略被教会判罚终身软禁在自己家里，相对失去了自由。

软禁期间，伽利略仍然在做研究，完成了著作 《关于两门新科学的对话》 ，总结了 动力学 和 材料强度 两门科学的知识，是近代物理学的基石之一。

爱伊斯坦曾这样评价：伽利略的科学发现，标志着物理学的真正开端！

直到这时，“地心说”的理论仍然没有被彻底钉死，虽然伽利略发现了反驳地心说的有力证据，但教会是可以针对那些瑕疵进行修正的，“地心说”的拥趸绝不会因此而全盘否定已经横行了一千多年的“真理”。

必须有新的科学发现，证伪“地心说”的同时，证明“日心说”。这一艰巨任务将由一对天文学界关系并不太和谐的师徒来完成。他们是第谷和开普勒。

第谷 （生于1546年）是丹麦天文学家，贵族出身，迷恋占星术和炼金术，年轻时因跟别人决斗而被削了鼻子，所以不得不佩戴假鼻子，这是他的形象中最与众不同的特征。

第谷一生观测了大量天体运行的数据，发现了两个特殊的天文现象： 超新星爆炸 和 彗星 。彗星的轨迹有力地 反驳了“地心说” 中“所有天体围绕地球作匀速圆周运动”的天体运行理论。

开普勒 （生于1571年）是德国天文学家，一生穷困潦倒，痴迷于天文学研究，图宾根大学毕业后，年纪轻轻就出版了书籍《宇宙的奥秘》，后被第谷收做徒弟。

第谷生前握有大量的天体运行观测数据，但出于防范原因，并没有给开普勒。直到第谷去世后，开普勒才得到一些关于火星和地球的观测数据，经过大量计算之后，得出了惊人发现—— 开普勒三大定律 。

1、 开普勒第一定律 ：行星沿 椭圆轨道 绕太阳运动，太阳处于椭圆两个焦点的其中一个上。

2、 开普勒第二定律 ：行星在同样的时间内相对于太阳扫过的面积是一样的。

3、 开普勒第三定律 ：行星轨道的半长轴的三次方和它绕太阳转一圈的时间的平方的比值，是相等的。

后来牛顿就是根据开普勒第三定律推导出了 万有引力定律。

可以说，开普勒通过大量的观测数据和逻辑推理彻底 粉碎了“地心说” ，登上了第一座真正的天文学高峰。天文学领域，用了两千年终于建立起真正的科学框架，从此与占星术分道扬镳。

在天文学领域取得重大突破的过程中，其他科学门类也取得了长足的进步。

英国哲学家 弗朗西斯·培根 （生于1561年）是 实验科学 和 近代归纳法 的创始人。培根把实验和归纳看作相辅相成的科学发现的工具，认为 科学研究应该使用以观察和实验为基础的归纳法 。培根的归纳法对于科学发展，尤其是逻辑学的发展做出了贡献。

法国数学家 笛卡尔 （生于1596年）建立 直角坐标系 理论，从此 代数 和 几何 完美地结合起来，纯粹的数字终于可以通过精确描述空间位置来表达几何图形。

荷兰的显微镜学家 列文虎克 （生于1632年）一生磨制了400多个透镜，其中一架显微镜的放大率可达两百多倍。列文虎克首次用 显微镜发现了微生物 ，是微生物学的开拓者。

英国物理学家 胡克 （生于1635年）提出材料弹性的基本定律—— 胡克定律 。胡克还设计改造显微镜和望远镜，并将显微镜观察所得写成《显微术》一书，细胞一词便来源于此。

随着科学的蓬勃发展，科学家们之间的交流也越来越频繁。各种规模较小的学术交流的组织开始相继出现，为以后科学院的成立打下了基础。

1660年，英国成立了世界上第一所真正意义上的科学院—— 英国皇家科学院 。15年后英国又在伦敦泰晤士河畔创建了举世闻名的 格林尼治天文台 。其观测的天文数据为后来牛顿的天文和物理学理论提供了有效的数据支持。