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卓越的贡献。
（5）伽利略的发现
当刻卜勒正在孜孜以求地计算行星轨道、进行天文学理论的改造之时，
在意大利，另一位伟大的科学家伽利略（1564—1642年）也在从事天文研究。
①望远镜中的星空。在用望远镜观察天体并宣布一系列重大发现之前，
伽利略已是享有盛誉的物理学家和数学家。
1564年2月15日，伽利略出生于意大利的比萨。他的父亲是个破落贵
族，酷爱音乐和数学。伽利略幼年时期就已表现出对周围事物的强烈兴趣，
而且喜欢探寻究竟。父亲希望他学医，认为这样既能发挥他的才能，也可找
到收入丰厚的职业。18岁时，伽利略尊从父命进入比萨大学攻读医学，但数
学和物理更使他着迷。在数学教师的帮助下，他从学医改为学数理。
在天文学方面，伽利略很旱就接受了哥白尼的学说。他在1597年给刻卜
勒的信中写道：“我许多年来已经是哥白尼理论的信徒。这个理论给我解释
了许多现象的道理，而若按照那些公认的观点，则它们根本无法理解。我已
搜集了许多论据来驳斥这些观点，但我不敢公布这些论据。”伽利略在信中
提到，伟大的哥白尼成为人们嘲笑的对象，这使他担心公开发表自己的见解
会造成麻烦。很显然，这种担忧并非是多余的，布鲁诺就是由于信奉包括哥
白尼学说在内的“异端邪说”而在三年后被宗教法庭烧死的。
然而，作为一个科学家，伽利略不能不同他已证实的谬误作斗争。1604
年，一颗新星的出现和对它的观测，使他同刻卜勒紧密合作，同亚里士多德
派进行了论战。根据亚里士多德派的观点，这颗新星是不可能存在的。
1608年诞生的一项发明，为天文学开辟了一条新的道路。这一年，有个
名叫汉斯·利帕希的荷兰制镜工匠制成了一种奇妙的“眼镜”即后来所称的
望远镜，用它看远处的物体就象近在眼前一样。伽利略听到这个消息后受到
启发，立即动手自己制造这种仪器。最初制成的望远镜结构比较简单，即把
透镜安置在铜管的两端，用它进行观察，比用肉眼观察可以近3倍、放大9
倍。后来经过改进，观察距离可近30倍，形状放大可达1000倍。
当伽利略把他的望远镜对准天空时，他获得了前所未有的重大发现。1610
年3月，他出版了一本名为《星的使者》的小册子，报道了自己从望远镜中
看到的一切。望远镜清楚地把无数前所未见的恒星展现在他眼前，这些恒星
的数量比已知的要多10余倍。望远镜中的月球表面，并不象人们原来认为的
那样平滑和光亮，而是粗糙不平，就象地球表面一样到处是巨大的突起物、
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深深的峡谷和蜿蜒弯曲的东西。望远镜使有关银河系或银河的争论有了结
果，因为银河系只不过是无数聚集在一起的星星而已。伽利略还宣布了一个
他认为是最重要的发现，即有4颗星围绕着木星按自己的轨道运行。伽利略
指出，这是最令他惊奇并促使他提醒所有天文学家注意的现象，因为它证明
地球不是宇宙中唯一有自己卫星的行星，也证明一个像地球那样的星体可以
在别的星体围绕其运行的同时，自己又围绕另一个星体运行。他认为，这是
支持哥白尼体系的显著而又极好的证据。
在《星的使者》发表之后，伽利略继续用自己的望远镜发现了一些重要
的现象，并为证实哥白尼体系提供了更多的依据。按照托勒密的学说，金星
光亮的一面将始终朝着太阳，而不可能完全朝向地球；而哥白尼曾预言，金
星像月亮那样也会出现相变。约在1610年底，伽利略发现了金星的周相：当
它呈圆形盘状时，比它呈月牙状时小得多。这一发现有助于说明金星也是环
绕太阳运行的。伽利略还注意到了土星的外形。他在1610年7月30日给朋
友的信中写道：“我已经发现，土星由3个球体构成，他们几乎相触，从不
改变相对位置，并沿着黄道带排成一行，中间的球3倍于另外两个。”但他
后来又注意到，中间大球两边的小球消失了。实际上，他是首次发现了土星
环，只是由于其望远镜的能力所限，而未能确定，因为从地球上看，土星环
的形状是变化不定的。1610年10月，伽利略还观察到了太阳黑子。在此前
后，刻卜勒和法布里修斯以及沙伊纳等人也注意到了太阳黑子的存在。伽利
略确认了黑子位于太阳本身之上的观点，并根据太阳黑子由东向西的移动而
确定太阳围绕自己的轴转动。
伽利略的成功使他声名远播。1611年他前往罗马，在那里受到教皇保罗
五世的接见和耶稣会神父们的欢迎。未来科学协会的先驱天猫座学会为他举
行了宴会并向他表示敬意。但是，还有许多教会权威人士和学者或者拒绝用
望远镜来观察天体，或者认为通过望远镜得到的观察结果是虚幻的和不真实
的，或者不接受伽利略对于望远镜中看到的一切所作的解释。
但伽利略对哥白尼学说的热情有增无已，因为他的发现证明了哥白尼关
于地球只不过是太阳系中“另一颗行星”的观点是正确的。1613年，他发表
了《关于太阳黑子的信》，表达了自己对哥白尼学说的信念。此书在欧洲广
为流传，也引起了教会的不安。虽然伽利略力图证明《圣经》和哥白尼的理
论都是正确的，说上帝通过《圣经》的语言和自然的语言这两种形式来沟通
真理，他还是在1615年受到警告。次年初，有关太阳位于宇宙中心和地球在
运动的观点，也被宗教法庭宣布为虚妄的异端邪说。
②《关于两种世界体系的对话》。在此后的10余年间，伽利略潜心于自
己的研究工作而很少发表言论。但到1632年，他发表了《关于两种世界体系
的对话》这部新著，再次震动了学术界和思想界。为了使自己的见解能为平
民百姓所理解，伽利略此书没有使用当时学术著作惯用的拉丁语，而使用了
意大利语。为了避免过于直接的表态触怒教会，他以三个朋友谈话的形式表
达了支持或反对哥白尼体系的辩论。
《对话》没有公开为哥白尼的体系辩护，但在实际上为这个体系作了有
力的说明。书中以望远镜观察到的月球表面、新星、太阳黑子等无可回避的
事实，驳斥了亚里士多德的学说。在谈到是所有天体24小时内绕地球旋转一
周、还是地球在这个时间内绕自己的轴转动一周而引起星空的视运动问题
时，《对话》使人感到，地球转动的说法更可信服。《对话》解释了人们观
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察到的行星的停止和逆行现象，认为这是由于地球的周年旋转而引起的。
当时，被奉为权威的亚里士多德学说，阻碍人们接受太阳居于中心和地
球运动的新体系。亚里士多德认为，如果地球沿着绕太阳的轨道运行，那么
恒星的视在位置就应发生变化；如果地球是转动的，那么一个垂直上抛的物
体不应落到把它抛出的那个位置而应稍为偏西，因为该物体在空中时地球已
朝东转过了一点，但在事实上物体一般都落到原来的位置；如果地球是转动
的，那么地球表面不很靠近两极的物体将被离心力甩出地球表面。《对话》
一一反驳了这些观点。该书认为，由于恒星与地球的距离极为遥远——至少
是太阳与地球距离的1万倍，所以地球绕太阳运行时的恒星视差不易被觉
察。该书引用惯性定律解释了上抛物体落回原地的问题。例如，从一艘静止
的或正在航行的船只的桅杆顶部落下的石头，都是落在桅杆脚下。在船只静
止的情况下，桅杆、石头和空气同等地共有地球的自转运动，因此石头坠落
时通过的空气将不影响其坠落的方向。如果在船只航行时石头的坠落有微小
的偏离，那就是由空气的阻力所引起的，因为相对于航船来说，空气处于静
止状态。至于离心力的问题，《对话》认为，由于地球绕自己的轴转动的速
度较慢，所以离心力比引力要小得多，地球表面的物体因此而不受地球自转
的影响而留在其表面。
《对话》是继哥白尼的《天体运行论》和刻卜勒的《新天文学》之后又
一部伟大的天文学著作，它明白无误地传递了关于日心说宇宙的信息。特别
是由于它通俗易懂，使得哥白尼的学说得到了空前的传播。伽利略收到了不
少对他和他的著作表示支持和肯定的信件。有人赞扬他用简洁的语言表达了
新的理论和新的观测成果，使普通人也能懂得其中的一部分。有人祝贺他在
公众中取得了成功，给了哥白尼体系以生命力，并且揭示了自然的奥秘。还
有人则认为，他的论据比哥白尼的论据更加有力，他的新提法和新发现意味
着新时代的开端。
③宗教法庭的审判。教会方面对于伽利略和他的著作，有着另外的看法。
在天主教受到新教猛烈攻击的情况下，教皇乌尔班八世希望通过对伽利略的
《对话》作出反应，以表示罗马教廷对于保持基督教义纯洁性的决心。某些
敌视伽利略的教会人士，也趁机指责伽利略在《对话》中影射教皇是愚蠢的
地心说捍卫者。于是，伽利略在1633年2月被宗教法庭传到罗马接受审讯。
那时伽利略年已70，且身患重病。6月16日，根据教皇乌尔班八世的裁决，
《对话》被彻底禁止，伽利略必须公开宣布放弃自己的见解，并且要受到无
限期软禁。6月22日的早晨，伽利略跪在宗教法庭面前，手摸福音书宣布：
他相信教会主张和教导的一切都是真理，放弃并诅咒已遭指控的谬误和邪
说，永不再以书面或口头形式发表任何可能使自己受到怀疑的见解。然而，
伽利略完全是在受到巨大压力甚至被威胁要施以酷刑的情况下，无可奈何地
被迫屈从的。据说，在公开认错后，伽利略曾顿足道：“但是，地球确实在
运动呀！”虽然有的学者认为这句话纯属传奇，但伽利略确实依然执着地追
求科学。作为虔诚的基督徒，他不能想象同教会对抗。但作为杰出的科学家，
他不能放弃对自然的探索。
伽利略被隔离居住于佛罗伦萨城外的一所房子。在这里，他继续进行研
究，只是回避了可能同教会冲突的问题。1636年，他完成了《关于两种新科
学的谈话》一书。由于意大利已经禁止出版他的著作，此书于1638年在荷兰
出版。在生命的最后4年，伽利略双目失明，但在自己学生的帮助下，他依
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然不断工作，直到逝世。
伽利略是用望远镜观察天体的第一人，他的发现，证实和发展了哥白尼
的学说，为天文学革命作出了具有永久意义的贡献。
从哥白尼开始，经过第谷、刻卜勒，再到伽利略，天文学经历了革命性
的变革。这个过程逐渐揭示了宇宙的奥秘，并为稍后英国科学家牛顿对物理
世界的伟大综合奠定了基础。
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三、认识地球——地理学的重建
1。探险和发现
（1）托勒密地理学说的复兴
中世纪的欧洲一度像患了健忘症一样，经历了对自然认识史上的大中断
时期。
古希腊学者在运用数学和天文学研究地球方面，已经取得很高成就。如
埃拉托色尼已较为准确地计算出了地球的周长，还首先在绘图时使用东西和
南北两种走向的平行线，虽然他只是使这些线通过一些重要的地点，它们之
间的距离也还是不规则的。希帕恰斯进一步提出，可以使这些平行线之间的
距离相等，绘制出网格状的全球地图。他通过天文观测来确定地球表面一些
点的位置，并把地球表面分成360个部分，即现在所说的“度”。托勒密整
理和总结了古希腊的地理知识，写成《地理学指南》。他采用并改进了地图
的网格体系，还确定地图上方为北，右方为东，并设计了把地球的球面投影
到平面图上的方法。
但进入中世纪以来，地理知识几乎泯灭，基督教信仰掩盖了古代地理学
家通过艰辛和严谨的努力描绘出的世界面貌：托勒密依据天文资料在经纬线
组成的方格上绘出的已知陆地、山川、河海的轮廓，被以 《圣经》故事为依
据的想象中的世界形状所取代。地理学已成了神话、传说和教条的大杂烩。
事实上，在中世纪的学校课程中没有地理学，连“地理学”这个词在英语中
出现也已是16世纪了。
12世纪中叶，在中国具有悠久传统的方格地图制作方法通过阿拉伯人传
到了欧洲，这对于欧洲人重新发现古典地理学起了促进作用。
蒙古的征服和欧亚之间陆上交通的阻断，使航海探险受到刺激。但对于
欧洲人来说，要驶出地中海前往亚洲，中世纪流行的基督教地图显然是于事
无补的。于是，托勒密的地理学说被重新认识。这是文艺复兴时期恢复古代
学术的潮流中的一个重要方面。
15世纪初，托勒密的地理学著作被译成拉丁文，并开始在欧洲流传。拉
丁文译本的第一次印刷出版是在1475年。很快，托勒密的学说和地图被奉为
经典，受到普遍尊重。但由于托勒密掌握的可靠资料有限，他的世界地图也
就存在一些重大的缺陷，如他对地球圆周的估计大大小于实际，又把亚洲的
东部边缘远远向东延伸，从而使亚洲东端与欧洲西端之间未知地区的范畴明
显缩小了。这些错误对近代初期的航海探险活动，产生了很大影响。不过，
尽管有种种不足，托勒密地理学说的复兴，仍应被认为是重建地理学的开端。
（2）葡萄牙的航海活动
①远航的动因。地理大发现是具有划时代意义的重大事件，它同伽利略
用望远镜发现月球上的山脉和木星的卫星一样，对人类认识自然、发展科学
起了巨大的推动作用。
然而，地理发现的直接动因，却是商业利益。
在中世纪的欧洲，来自东方的调料或香料，由于其神奇的调味、药用等
功效而极具诱惑力。由于它们产自遥远的地方，要通过漫长的海路或陆路经
阿拉伯而运到欧洲，其价格之昂贵令现代人难以置信。例如，胡椒在11世纪
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的欧洲是以颗粒来计算的，其价格同白银一般。不少城市和国家把它视同贵
金属，当作支付手段。“胡椒袋”经常被用来称呼某些巨富之人。但是，如
果知道了这些东方之物到达欧洲的艰难旅程，对其稀罕珍贵的程度也就不难
理解了。由于埃及和叙利亚控制了红海并使欧洲与东方分开，欧亚之间的所
有交易都要经过阿拉伯商人来进行。西方各国摆脱这种状况的要求日趋强
烈。十字军东征在一定程度上也包含着基督教的欧洲为打开红海通道以与东
方建立直接贸易的历史性努力，但是这一目标没有达到。正是在这种情况下，
才产生了探索另一条通往东方的海上通道的愿望，而这一愿望却导致了一个
新时代的开始。
②亨利的怀疑和希望。根据托勒密对地球的描绘，大西洋是一个无边的
未知水域，沿非洲海岸向南也是无法通行的，因为这块大陆似乎一直往南延
伸，直至同南极大陆相连，其间没有海峡存在。这种地理学观点对葡萄牙来
说，是令人沮丧的。这个位于欧洲最西端的国家与当时被认为是唯一的通航
之海的地中海无缘，它面临的只是一片水的荒漠——大西洋，而在它南面的
非洲，是一个在欧洲人心目中神秘莫测的大陆。在葡萄牙向海外发展自己利
益的欲望面前，存在着看来是无法逾越的障碍。
葡萄牙王子亨利（1394—1460年）对葡萄牙的这种命运表示了怀疑。如
果托勒密的意见是错的呢？要是他真的错了，葡萄牙将是开辟新航路的先
锋，因为它将比别的欧洲国家处于更好的位置。
亨利的怀疑并不是没有依据的。西来的海浪经常把陌生的树木残枝冲上
葡萄牙的海岸。古希腊历史学家希罗