摆的摆动

对16世纪80年代比萨大学的学生来说，生活必然是激动人心的，因为那是人类知识突飞猛进的一个时期 。但激动不能始终保持。在一次做礼拜时，一位大学生一定感到厌烦了，因为他的注意力漂移不定，他开始注视在微风中摆动的大吊灯。吊灯摆动不定，但他注意到摆幅大时速度加快，结果所花的时间保持不变。那时还未发明精确的钟表，于是他就用自己的脉搏来测定灯的摆动时间。

这位大学生就是伽利略·伽利雷（Galileo Galilei）（图10），他17岁进入比萨大学学习医学，业余旁听数学课程。伽利略1564年生于佛罗伦萨，1642年逝世。他既是第一流的科学家，又是一位文学巨匠，他的作品风格典雅、笔调精巧。他心灵手巧，自制了他的望远镜：他发现木星有4颗卫星， 知道 它们是不围绕地球运转的第一批天体。他天生思路清楚，喜欢用简单的逻辑推理，而不用华丽的论调使事物复杂而模糊。他生活在一个根据宗教目的阐释事件的年代。例如，天下雨是 因为 旨在浇灌庄稼；抛向空中的石头落回大地是 因为 那是它合适的居留之地。

伽利略认识到，穷究事物的目的并不能使人类控制自然现象。他不问石头 为什么 下落，而寻求它 怎样 下落的精确描述。他不研究他无法影响或调节的月球的运动，而研究在斜面上滚动的小球。简直是天才的一着，他把注意力集中于几个关键的量——时间、距离、速度、加速度、动量、质量、惯性。在一个注重性质和实质的时代，他的选择表明了对本质的深刻理解，特别是由于他所选定的许多变量并不适宜于直接的定量测量。

时间，尤其令伽利略大伤脑筋。你不能由观测燃烧着的蜡烛的长度变化来衡量石块下落的时间。他利用过水钟和自己的脉搏，并且据斯蒂尔曼·德雷克（Stillman Drake） 考证，他还可能独自哼着小曲，以一种作曲家才会的方式划分节拍。为了放慢动力学现象，提高计时的精度，他研究在小角度斜面上滚动的球，而不研究自由落球。通过思想实验伴以真实实验，他取得了物体在重力作用下如何下落的精巧描述。

与希腊几何学的精神——所有研究对象都是理想化的，因此线无宽度，面无厚度——相一致，伽利略在探索内在的简单性时，把他的力学理想化，有意忽略像空气阻力这样一些作用。为了解开控制物质世界的相互联系着的作用之网，由每次研究单一部分入手才是上策。

在中世纪，人们把炮弹的弹道划分成三部分：起初是直线运动，然后是圆弧运动，最后是垂直降落（图11）。伽利略发现，落体的速度以恒定速率增大，即它的 加速度 是恒定的。由此他推演出了正确的弹道——抛物线。他还证明了如果炮弹以45°角发射，它将达成最大射程。他发现了力的合成规则。他认识到在忽略空气阻力的情况下，重物和轻物将以同等速度下落。这些成就今天可能看来是简单的，几乎不值一提；但它们是自然法则可能被人类掌握的第一个坚实证据。伽利略具有一种冷峻的幽默感，就像他在《关于两大世界体系的对话》（ Dialogue on the Two Chief World Systems ）中拥护日心说时所表现的：

我会觉得，如果有人认为，为了使地球保持静止，整个宇宙应当转动，那么比起一个要爬上小圆屋顶去看一看全城和周围的景色，而为了避免转动头颅的麻烦，竟然要求整个城郊围绕着他旋转的人来，这个人是更加缺乏理性的。

自然规律的一大体系是就天体物质而言的，另一大体系则就世间物质而言。开普勒眼望着苍穹，伽利略则耳听着大地。几乎无法想象这两大王国之间竟存在着联系。纯净无瑕的天国是上帝和他的天使们的居所；大地则是罪人之家。

一下子的洞察永远改变了那种感性认识。