科学元典丛书关于两门新科学的对话(彩图珍藏版)

导　　读 伽利略从比萨大学毕业以后，大致经历了三个时期：在比萨大学任教三年（1589—1591），在帕多瓦大学任教18年（1592—1610），之后他回到佛罗伦萨任托斯卡纳大公爵的首席哲学家和数学家（1610—1642）。这三个城市都保留有伽利略的印迹。 伽利略一生以对话体写了两本不朽的著作，即：《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》和《关于两门新科学的对话》。 伽 利略（1564—1642）是*伟大的科学家之一。他出生于意大利的比萨，父亲是一位音乐家。1581年，17岁的伽利略来到比萨大学学医。在学校里，他以数学和物理学见长，而且因为善于辩论而闻名全校。 伽利略从比萨大学毕业后，大致经历了三个时期：在比萨大学任教三年（15891591），在帕多瓦大学任教18年（15921610），之后他回到佛罗伦萨任托斯卡纳大公爵的首席哲学家和数学家（16101642）。 伽利略一生以对话体写了两本不朽的著作，即：《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》和《关于两门新科学的对话》。这两本书，都是以三个人：萨耳维亚蒂（简称萨耳）、萨格利多（简称萨格）和辛普里修（简称辛普）进行四天对话的形式写成。前两人分别代表伽利略的化身和他的朋友，第三人则代表受旧学说影响较深而又有探求兴趣的发问者。 一、这是一本什么样的书 为了说明伽利略《关于两门新科学的对话》出版的艰巨，我们需要简略介绍一下他的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。 16241630年，伽利略花了很大的精力写出了巨著《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，并于1632年出版。这本书全面而系统地讨论了哥白尼日心体系和托勒密地心体系的各种分歧，并以作者的许多新研究成果和新阐释的惯性原理揭示了哥白尼体系的正确和托勒密体系的谬误。 该书的出版激怒了教会，1633年2月宗教法庭把伽利略传到罗马，并于1633年3月12日审判。宗教法庭强迫年近古稀的伽利略认错，责令他居住在佛罗伦萨郊区，不得离开，并且不许传播《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。在这样的条件下，伽利略要出版任何新的著作所遇到的困难是可想而知的。 宗教法庭对伽利略的审判与迫害，是整个人类历史上黑暗势力迫害科学发展的典型。随着科学的发展，这种迫害显得越来越荒唐。在判决伽利略359年后，梵蒂冈终于认识到1633年判决的错误，于是一个调查委员会在1979年组成了。1983年，罗马教廷才宣布“给伽利略定罪的法官犯了错误”。经过这个委员会13年的调查研究，罗马教皇终于在1992年做出了对伽利略正式平反的决定。 《关于两门新科学的对话》出版于1638年，是伽利略积数十年研究工作的总结，它是伽利略*重要的著作之一。 在经过因《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》而受的审判后，伽利略对于这后一本《关于两门新科学的对话》表现得更为重视、谨慎，也更为机警。 从伽利略遗留的信件中，有早在1602年11月29日写给莫恩泰（）的涉及重体沿圆弧与所对的弦下落的信，有1604年10月16日给萨尔皮（）的关于重体自由下落的信，还有在1609年2月11日写给安托利奥·德·美第奇（）的信，信中说他已经“完成了关于具有不同长度、厚度和形状的梁的受力和强度的所有的定理和实证”。这说明，从伽利略着手研究《关于两门新科学的对话》的内容直到这本书的出版，是经过了近40年的历程。 对于因《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》遭受审判的打击的伽利略来说，如何使《关于两门新科学的对话》能够顺利出版，的确需要有相当的智慧。 伽利略*初试图在罗马或威尼斯出版，结果都没有可能。*后他不得不托好友把书稿带到宗教势力所达不到的境外出版。该书正文前面的一则伽利略给诺阿耶（）伯爵的简短的献词充分表现出他的睿智。字面上他假装对印刷这本书什么也没有做，声称将永不出版他的任何著作，*多是把他的手稿分发到这儿或那儿。他甚至对他的《关于两门新科学的对话》落入埃尔泽菲尔（）的手中而且很快就出版表示大为惊诧，由此被要求写一个献词。 伽利略《关于两门新科学的对话》以对话体讨论了他对两门新科学——材料力学与动力学——的研究结果。全书分四天谈话，**、第二天是关于材料强度和物体受力的问题，第三、第四天是关于动力学问题。 伽利略是一位伟大的科学家和思想家。人们说他是现代科学之父是很有道理的。他是古希腊之后，经过一千多年欧洲黑暗时期，公开向宗教的权威、向亚里士多德关于动力学的错误、向旧知识及其方法体系宣战的**人。 人们说伽利略是实验科学之父。在这本书中，他系统描述了如何通过大量实验为新科学（材料力学和动力学）奠定基础。人们说伽利略是*早把物理与严格的数学结合的**人，在这本书中，他正是系统地利用他那个时代的数学去解决物理问题和论证新的物理定律，从而打开通向现代精密科学的大门。人们说伽利略是开创动力学的**人，这本书的大部分内容正是他关于落体、抛体和动力学基本规律方面研究的总结。 伽利略在《关于两门新科学的对话》中提出了固体的强度问题，介绍了他*早进行的梁的强度实验，提出了等强度梁的概念，讨论了在重力下物体尺寸对强度的影响，提出了落体*速下落曲线问题，给出了重力场下能量守恒的早期叙述，给出了简单情形下的虚功原理，讨论了大气压力问题，叙述了摆的等时性现象，**次将音乐的声调与物体的振动联系起来，提出了光传播速度的概念并且给出了一种测量光速的设想，等等。书中提出的新概念和新思想，无不对后来的科学发展产生深刻的 影响。 二、伽利略是如何批驳亚里士多德的 牛顿的《自然哲学之数学原理》在不多的几个定义之后，接着就是著名的“三大定律”，似乎这些原理是牛顿悟出来的，也无须什么解释。 其实，在探求运动规律的问题上，人类走过了漫长的路。而关键的一步，是伽利略的研究。正如伽利略在书中所说，“在自然界，没有比运动更古老的了，关于它哲学家们写了不少的书；不过我借助于实验发现了它的某些性质，这些性质是值得知道的，并且是迄今为止还没有被观察和论证的”。 动力学的发展，所面对的*大困难就是亚里士多德统治了一千多年的错误结论。这些错误结论归结起来无非是两条：一是物体下落速度与其重量成比例，二是物体在介质中所受的阻力与介质的密度成比例。 关于**个问题，根据亚里士多德的学说，物体在同一介质中运动，由它们的重量决定了它们具有不同的本性速度。我们来看伽利略批驳这个结论的对话： 关于亚里士多德的第二个错误，《关于两门新科学的对话》在引进许多实验进行反驳后，借萨耳维亚蒂的口作结论说： 伽利略《关于两门新科学的对话》的精彩内容，表现在所涉及两门新科学的许多课题上。要深入领略这些人类思想的闪光点，我们必须通读原书。 三、我们为什么要阅读《关于两门新科学的对话》 伽利略《关于两门新科学的对话》出版到现在虽然已经经过了三百多年的历史，但是现在读起来，仍然收获很多。 在科学技术高速发展的今天，人们所从事研究的分工越来越细，所掌握的知识领域越来越狭窄。在这种条件下，当我们重新研读古代大师们的著作时，大师们的思想常常会启发我们今天的研究，使我们跳出分工的狭小圈子，从更广的角度思考问题，推动我们的研究。 为了追寻力学的早期发展，对力学史有兴趣的读者，伽利略的这本书是不可不读的。它可以使我们理解伽利略对科学的贡献以及伽利略时代人们对力学问题的理解。 近代精密科学是从力学开始的，而经典力学的动力学又是从伽利略的这本书开始的。所以凡是有兴趣寻找现代科学发展轨迹的人，这本书也是不可不读的。 从现代科学发展水平来看，伽利略所处时代的那些研究工作，凡是具有高中文化水平的读者都是能够看懂并且从阅读中获益的。伽利略这本书体现的科学方法也是近代科学方法的精髓。作为现代社会的人，不可不熟悉现代科学，不可不了解现代科学的方法。而阅读伽利略这本书，可以了解现代科学方法的源头。所以把它作为一本物理学、力学和现代科学方法论的启蒙读物，也是非常合适的。 从近代科学的发展水平来看，不可否认，伽利略这本著作中还存在许多错误。例如在梁的截面内的应力分布问题上他没有考虑梁的纤维的变形，例如在*速下降的曲线问题上他误以为*速下降的曲线是圆弧，再例如他误以为绳索在自重下其形状是一条抛物线，还例如对光速测量上，他的设想又过于粗糙，等等。不过，和历史上的许多伟大的发现一样，在一开始总是在正确的认识中夹杂着许多错误的认识的，这大概是科学发展的一个一般规律。例如发现热力学机械效率的卡诺（Nicolas Léonard Sadi Carnot），在热学问题上曾经是燃素说的积极支持者，发现行星运动规律三大定律的开普勒，曾经是一位占星术士。伽利略在这本书中所表现的错误，是他所处时代的局限性所带来的。关于梁的变形问题上，在他那个时候，弹性力学的胡克定律也还没有定型，何况处理这类问题需要和变量打交道，而处理变量的锐利武器——微积分还没有诞生。按伽利略所处的时代，我们可以说，在科学上他是一位在荒野中开辟道路的勇士，在探求前人没有开辟的新路上，走一些弯路，犯一些错误完全是不足为怪的和难以避免的，它一点也不会损害伽利略在科学史上的伟大形象。 我是抱着学习的态度翻译伽利略的《关于两门新科学的对话》的，伽利略的原书是用意大利文写作的，我不懂意大利文，此中译本是从1914年美国学者亨利·克鲁和阿方索·德·萨尔维奥的英译本译出的。希望读者在阅读之余，对译稿提出宝贵意见。