温度计的发明者
伽利略在帕多瓦大学期间,除教学和进行力学研究外,所作的一项重大贡献,便是发明了温度计。
当时,帕多瓦大学是以医学教育最出名,学校里有许多一流的医生,有些医生对伽利略印象颇深,知道他在物理学方面很有成就,对许多问题也很有见地。因此,时常和伽利略在一起讨论问题,有的还和他交上了朋友,著名医学教授桑托里奥就是其中的一位。
有一天,这位医术水平很高的教授对伽利略说:“我在跟病人打交道的过程中,有一件事很让我为难。”
伽利略问道:“像你这样名扬威尼斯的教授,还有什么疑难的病症你不能诊治?”
那位医学教授说:“倒不是有什么疑难病例,我是想,病人生病时,他的血液的温度一般会升高,可我无法知道它有多高,因此就无法判断他的病情有多严重。”
伽利略凭着他个人的体验,认为医学教授说的很有道理。
医学教授继续说道:“假如现在能有一种能测量病人血液温度的仪器就好了,当然这是不可能的,只能是一种想象而已。”
与医学教授分开后,伽利略陷入了深深的沉思中。
是啊,能不能制造一种测量病人血液温度的仪器呢?
自己是以能做实验而闻名全校的,为什么自己不去实验一下呢?
于是,他决定亲自动手做实验。
没有血液,他就用水代替。
经过反复实验,伽利略发现,水达到一定的温度时体积就会大大增加,水冷却时,它的体积就缩小了。这实际上是物理学上的热胀冷缩原理。
伽利略想,既然水的体积会随水的热度变化而变化,那么水的体积就容易测量,水的热度变化也就能测量出来了。
他决定继续实验。
有一天,为了实验,他找来了一根试管,用手捏住试管的底部,将试管的上端放入水中。他发现,手一松,水就被试管吸上来了,伽利略很惊讶。
他反复试了几次,还是这样。
伽利略恍然大悟,原来试管中的空气也有温度,而这温度来自于自己的手。
当他用手捏住试管底部时,由于自己身上的血液是热的,试管内的空气就变热,空气和水一样,同样具有热胀冷缩的特性。当捏住试管时,试管内空气有热度,因而就膨胀着,水进不去;当手松开后,试管内空气变冷,体积缩小,水就被吸进了试管。
伽利略又用手握住试管,他发现,管内的水又慢慢下去了,这是由于管中空气渐渐变热的缘故。
伽利略觉得这个实验很有价值,通过这个实验可以测量空气的温度。
他在试管上标出一道一道刻度,又在每个刻度上标上数字,这样,试管中的水上升或下降达到某个刻度上时,这个刻度上的数字就是空气的温度。
而空气的温度又来源于人体血液的温度,这样空气的温度就是血液的温度了。
伽利略为自己即将能测量血液的温度而高兴。
像过去多次发现一样,伽利略没把这个发现及时向人们宣布。
他叫来自己几个得意的学生,让他们每人都把手放到试管上,他发现,这时水总是在同一刻度上。伽利略明白了,这是由于学生们的体温总是在同一个热度上,而这一温度就是人体的正常温度。
为验证自己想法的正确性,他又找来几个正在患病的学生,让他们握住试管,他发现水已不在刚才那个刻度上了,时高时低。据此,伽利略认为这个试管完全可以测量人的体温,可以知道人是正常还是病态。
伽利略对这个实验很满意,他对自己的学生们说:“这个实验对医生会有很大帮助的。”
伽利略找到自己的朋友桑托里奥教授,对他说:“我已找到了测量人的血液温度的办法了。”
于是,他就向这位教授介绍了自己实验的情况。
医学教授很是兴奋,赶紧照伽利略所说,亲自做了个实验,结果果真如伽利略所言。
这就是人类初期的温度计。
其实,它应叫空气温度计或空气验温器。
过了几天,桑托里奥教授又来找伽利略,对他说:“亲爱的伽利略,你的温度计有个毛病,用水做液体不尽合理,天气冷时,水会结冰,那时如何能测量人的体温,而且冬天人们还容易生病。”
伽利略一听:对啊,自己怎么没想到呢?水在寒冷时要结冰,结冰后试管容易破裂。
看来,水不是制造温度计的最理想的液体了。
用什么液体呢?
他实验了许多种液体,最后,确认酒精是良好的液体,它冬天不会结冰。
由于酒精是透明的液体,放在试管中不易分辨,他就将酒精染成红色,很明显、很容易看。
今天,我们仍然采用酒精温度计。
当伽利略将酒精温度计给桑托里奥教授送去时,教授对伽利略的探索精神大加赞扬。
医学教授桑托里奥带着无比崇敬的心情,将好友伽利略发明的酒精温度计用入了自己的医疗实践中,解决了许多问题。
后来,桑托里奥教授根据自己的实践感受,又对酒精温度计进行了改造。设计出了一种能放入口中的温度计,这就是最早的体温计。
后来人们又发现酒精也不是最理想的液体,因为它沸点低,沸腾得太快,也不适用于测量一些物体的温度。
尽管伽利略的温度计很粗糙,但却为后来水银温度计的发明提供了启示,他在温度计上的贡献是无法磨灭的。
挑战地心说
1597年,伽利略收到德国天文学家开普勒寄来的《神秘的宇宙》一书,书中详细介绍了哥白尼的日心说。伽利略想起小时候的事,又找来许多相关书籍,认真研究了哥白尼的观点。他觉得,与亚里士多德的宇宙观相比,哥白尼的日心说更为可信,只是还缺乏足够有力的证据。
1600年的一天,伽利略又来到皮内利家,却听到一个骇人听闻的消息。
贝拉明红衣主教说:“你们知道,罗马宗教裁判所已经判决,对布鲁诺处以火刑。”
历史上,宗教裁判所是一个臭名昭著的宗教机构。它由教皇担任最高首脑,并由教皇任命裁判官,专门对所谓的“异端分子”进行侦察和审判,不受地方教会机构和世俗政权的制约。凡是反对宗教神学的人,都可能被视为“异端分子”。宗教裁判所可以任意逮捕他们,对他们进行秘密审讯,严刑拷打,也可以处以任何处罚,直至死刑。
“因为他宣扬哥白尼的日心说?”皮内利问。
“是的,不仅如此。”贝拉明说,“他甚至还说,太阳也不是宇宙的中心,而太阳系不过是宇宙天体中的一个星系。”
“我想,他的罪名一定是‘宣扬异端邪说’了。”皮内利说。
“不错。我参加了对他的审判,并且由我对他宣布了判决,可是他并未祈求宽恕。”贝拉明说,“前几天,在罗马花卉广杨,布鲁诺被烧死了。”
对此,伽利略感到无比的震惊。一方面,宗教裁判所的残酷无情,在他心中投下了永久的阴影;另一方面,他十分敬佩布鲁诺为真理而献身的精神,决心要找到日心说确凿的证据。
1608年,伽利略听说荷兰有个叫利珀希的眼镜匠,发明了一种仪器,可以使远的物体看起来很近。他马上意识到,如果能够研制出这样一种望远镜,无疑可以使对天空的观测变得更为容易,也更为可靠。那样,也许就可以证明哥白尼的日心说是否正确了。
伽利略看到了一线希望。他的研究的欲望马上被充分地调动起来。整整三天三夜,伽利略不眠不休,成功研制了望远镜。不过,这种望远镜还无法看到太远地方的物体。
由于望远镜的放大倍数太小,他只能看到月球的大概轮廓。在成功地研制出20倍的望远镜后,伽利略就迫不及待地将望远镜再次对准了天空,他要尽快找到证据,弄清楚亚里士多德和哥白尼,到底谁是谁非。
结果,伽利略被自己亲眼看到的东西惊呆了。他找到沙格雷多,急促地说:“你知道我看见什么了?天哪,太令人吃惊了!”
沙格雷多静静地等待伽利略继续说下去。
“我亲眼看见,月球表面凹凸不平,就像地球上的高山和平原一样!”伽利略脸都红了,“而且,月亮也不发光,它只是反射太阳光而已。”
“如果我没记错的话,亚里士多德说,月球是标准的球体,表面像镜子一样光滑。”沙格雷多说。
“但他并不是亲眼所见,而我是。”伽利略提高了声调,“这证明,他的宇宙观至少不是完全正确的!”
沙格雷多也被伽利略的发现震惊了:“那么,我们应该找到更多的证据,让更多的人了解真正的宇宙!”
“对!”伽利略回答,“我希望,到时候能够说服神学家们,尤其是罗马宗教裁判所的人。事实上,正是因为他们不肯正视亚里士多德的错误,才使神学和罗马教廷的威信日益受损。”
“伽利略,你太天真了。”沙格雷多提醒说,“也许神学家们早已认识到了亚里士多德的错误,但是他们不敢承认,因为他们必须依靠亚里士多德的自然观,来证明宗教信仰的合理性!”
伽利略一愣,但出于对基督教的热诚,他并没有把朋友的话当一回事。
对月亮的观测,使伽利略更为自信,也有了更大的动力,他继续探索着神秘的天空。
不久,伽利略又有了新的发现,那就是所谓的银河,并不是一个整体,而是由无数的星星汇集而成的。
最让伽利略感到兴奋的是,他发现木星也有四颗卫星!这个发现对于地心说来说,无疑是一个致命的打击,它为彻底地否定地心说,提供了无可辩驳的证据。
从此,伽利略彻底摒弃了亚里士多德的宇宙观,成为哥白尼学说忠实的捍卫者。
这一年是1609年。当时,因为卓越的成就,伽利略已经被聘为帕多瓦大学的终身教授。这可是巨大的荣耀呀,在整个欧洲,也只有屈指可数的几个人获得这种待遇。但伽利略日益觉得教学任务太过繁重,而他现在却需要更多的时间进行科研。
为真理而战
1610年1月7日这个日子将永垂史册。当伽利略将望远镜对准木星时,发现木星附近有3颗小星,两颗在左,一颗在右,呈直线排列。1月13日夜,他又看到木星周围一共有4颗小星,一颗在左,三颗在右,他明白了,这4颗小星都是木星的卫星!这是人们迄今为止所知道的木星的十二颗卫星中的四颗!
伽利略的《星际使者》的出版引起了轰动。人们奔走相告:伽利略通过他的望远镜看到了天上的奇迹!然而伽利略在天文学上的新发现却使贝拉明主教感到不安,因为多少世纪以来,教会只接受和讲授亚里士多德的理论,相信托勒密学说,现在伽利略证实了他们的错误,显然对教会不利。他力劝伽利略在涉及哥白尼学说问题上持审慎态度,要求其表明他的新天文学理论是尚未得到彻底证实的理论,并非事实。但他的《关于太阳黑子的信》一经出版,很快便传遍科学界和宗教界。
亚里士多德的信徒终于不能忍受,群起而攻之。一位著名的神父在公开布道时批判伽利略和他的学说,罗马也在调查伽利略的新论,教廷在重新考虑对他的承认。1616年3月5日,天主教会通过决议,宣布哥白尼学说为“异端”;哥白尼的著作为禁书;凡宣传哥白尼学说的出版物一律不许发行。几乎同时,伽利略受到来自红衣天主教理事会的警告:不得将哥白尼学说作为绝对事实进行讨论和辩解。伽利略对此感到吃惊和恐惧,他深知教廷的厉害——意大利的天文学家布鲁诺为捍卫哥白尼学说被烧死在罗马百花广场。“万念俱灰”的伽利略在保证书上签了字,然后他带着沮丧和羞愧回到了佛罗伦萨。接下来的8年时光里,他几乎过着隐居生活,继续在试验室里静静地做实验,不敢将所发现的东西公诸于世。
时间久了,伽利略已无法抑制他的思想,他出版了一部名为《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》的论著。这本书对人类科学的影响极其深远,它与哥白尼的《天体运行论》、牛顿的《自然哲学的数学原理》一起,被后人并称为近代天文学的三部最伟大的文献。为了这部著作,当时年近七旬的老科学家伽利略却受到极不公平的待遇,付出了沉重的代价,因为当时他再度顶撞了正统的教条信仰。1632年8月,罗马教廷下令查禁这本书,两个月后,伽利略接到罗马宗教法庭的传讯。灾难和恐惧再度降临到伽利略头上。
在收到第二次的传讯通知书时,伽利略正在病中,医生写了证明书:“伽利略生病在床。他可能到不了罗马,就到另一个世界去了。”但宗教裁判所是无情的:“只要他能勉强成行,就把他抓起来,锁上铁链,押到罗马来。”他在霜冻的冬季,启程赴罗马,到罗马时已经半死不活。当他被押到审判官前受审时,无论从精神上或者从肉体上说,他都衰弱到了极点,已无法为自己进行辩护了。对他的审讯一直进行了六个月。在审讯期间,他不但得到了抱有自由思想的人们的支持,也得到了不少天主教学者和教会人士的支持。但是宗教裁判所终于如愿以偿,伽利略被迫发誓,同他对地球的运动的信念一刀两断。
据说,当他的朋友们搀扶着发抖的、筋疲力尽的伽利略离开法庭时,人们听见伽利略仍喃喃地说:“但是地球确是在运动呀!”
随后,伽利略被判处了终身监禁,他的著作也被列为禁书。
1642年,伽利略去世了。就在这一年,诞生了近代力学的鼻祖——牛顿。
但是真理是不可抗拒的,科学终究要战胜邪恶。伽利略死后的1979年11月10日,罗马教皇承认17世纪30年代伽利略受到的教廷审判是不公正的。诚如教皇乌尔班八世在写给费迪南德大公的信中所说:“只要木星的光芒在天空中闪耀,地球上的人就永远不会忘记伽利略。”