在比萨与帕多瓦任教

在比萨与帕多瓦任教

在科学研究获致成功的数年之后，伽氏于1589年返回比萨大学，应聘担任三年的数学教授。研究自然现象时，他发现力学的重要性。在亚里士多德的自然哲学中，运动科学是重要而最简单的改变形式。但对伽氏而言，对“运动”更确切的认识，扮演着更重大的角色:那是物理世界中首要，亦是不可或缺的一种知识。服膺欧几里得与阿基米得的数学家们，以几何图形与数学定律的语汇观察世界，并加以说明。但其地位远在以解释物理世界为职责的自然哲学家之下。这些亚里士多德主义者，并不打算让区区一个数学家涉入其物理的领域之中，并对运动的新观念提出辩论。

伽氏很快写了一篇当时未题名，今则称为《论运动》(De motu)的文章;这篇文章并未出版，仅在私人圈子中间流传。^[4]他攻击亚氏对两种运动的观念:自然运动(natural)，如物体坠落地面;强制运动(violent)，如发射物体等。伽氏引入想象的重球旋转并定义为“中性运动”(neutral)，这个想法最后发展出其在地球物理学中使用之“惯性”的概念。他的天赋使他可以借由想象力设想各种情况，来从事“思想上的实验”，“没有摩擦力的运动”即为一例。

《论运动》一文，意在否定亚氏对落下物体的速度的两条法则:(1)速度与物体的重量成正比，(2)速度与介质密度成反比。虽然伽氏展示了斜面的平衡条件，在当时却未能意识到重力加速度的重要性。结果，他无法将他对运动的结论与所观察到的事实连接起来。(后来文献中所记载之伽氏在比萨塔做大小金属球抛落实验，在当时文字记录中并未发现。然而，后来的作家们一再渲染添加其细节，遂成“最有名的实验”。)

不幸的是，伽氏树敌太多;他对学院机构直言无讳的批评，为自己树立了许多敌人。他甚至写了一首打油诗来挖苦大学颁布的一条法令——要求教授们时时(包括在卧室中)穿着其学院袍服以示庄重。其诗并非以拉丁文，而是以常用的意大利文口语写成——此语言的媒介被证明是伽氏后来的论战中犀利有效的武器。在他任教于比萨的最后一年中，其同僚大都吃尽苦头，于是他们相约去听他的课，对不同意之处以嘘声作为报复。

1592年，伽氏与比萨大学约满，自知续聘无望，故寻求若干具影响力的朋友支持，取得靠近威尼斯的帕多瓦大学的数学教席。这个位置给了伽氏，而非在波隆那(Bologna)大学任教期满的亚氏学派学者马吉尼(Giovanni Magini)，这使马氏对伽氏耿耿于怀。帕多瓦大学自由的学风吸引着来自全欧洲最优秀的学生，其中许多是在伽氏十八年执教期间慕名而来的追随者。

伽氏持续其作为数学家、实验物理学家与应用发明家的工作。^[5]1595年，基于哥白尼以地球有两套圆形运动之推论来解释潮汐的涨落，伽氏发展出一套动力学的解释。即使最终其理论被证明是错误的，但这却为伽氏对天文学的兴趣标下起点。两年之后，一位德国访客以开普勒的第一部著作《宇宙论的奥秘》相赠。致谢之时，伽氏坦陈其长久以来即已接纳新天文学。

为了借由制造一空气温度计而得测量温度之法，伽氏设立了一座工场，并亲自设计了一些装备。为了增加收入，他为年轻的外国贵族提供个别授课，讲述军事工程、测量学、防御工事及力学。伽氏发明了“几何军事罗盘”，用在测量的计算、航海、射击与日晷制造等方面。1599年，他雇用了一位工匠来制造这些仪器，以供出售。

他的父亲早在十年前即已去世，伽氏自那时起便须负起母亲与弟妹生活所需之责。这些来自咨询与仪器制造所得之额外收入，补充了他微薄的教席收入，使伽氏在妹妹于1601年成婚之时，得以提供为数可观的嫁妆。在帕多瓦任教期间，伽氏结识了一位来自威尼斯的女士——玛莉娜·甘芭(Marina Gamba)，他们交往并育有二女一子。长女维吉妮亚(Virginia)与其妹莉维亚(Livia)进入同一所修道院。维吉妮亚后更名为马利亚·切莱斯特(Maria Celeste)，成为其父心灵上主要的慰藉。儿子文生(与祖父同名)在伽氏年老时，成为他的助手。伽氏于1610年返回佛罗伦萨，玛莉娜·甘芭则回到威尼斯，终至他嫁。

在帕多瓦的那些年中，伽氏在力学上的研究成果丰硕。1602年，他探查钟摆运动和圆圈的弧线与弦在线物体降落之问题，他把兴趣特别放在加速度的问题上。他起初的计算是来自一错误的推论，即下落物体的速度与其经过的距离成正比。其后来对钟摆运动与斜面的研究，则统合在他正确的加速度定律之下:速度与落下的时间之平方成正比。在那样的研究中，伽氏将数学应用至动力学上，而超越了他的良师益友——只能与静态一起工作的阿基米得。

1604年，伽氏正在撰写有关下落物体之定律的论文时，一颗超级新星出现在黄昏的天空。^[6]在与其他城市的观测结果比较之后，他发现并无视差的证据，故认为那颗超级新星与地球距离相当遥远，且位于其他的恒星之间。然而，在亚里士多德的观念中，天体是不会有任何变化的。趁着大众对此非比寻常之事件所产生莫名的兴奋，伽氏展开三次公开演讲，说明如何观测与仔细计算，来证明其为一颗新星，而非一颗与月球相近且不会移动的彗星。

这次事件引发了大学学者五大论战的首次战役，伽氏在这些论战中一再攻击大学组织。帕多瓦资深的哲学教授克雷莫尼尼(Cesare Cremonini)挺身捍卫亚里士多德学派。他无法坐视区区一位数学家证明天体确实会产生变化，即使这位数学家与他有长年个人情谊。为了公开辩论，两位学者遂以假名进行笔战。

伽氏掌握的文字技巧，在其手中成为犀利的论战武器。他反驳克雷莫尼尼的文章以对话形式写成，分别由两位农民用帕多瓦乡间土话来争论。其中一位农民的论证推理较满有声望的教授更具说服力。以教授的理论，地球上的测量不能应用于遥远距离之外的天体;但农民辛辣地质问:“哲学家们懂得关于测量的任何知识吗?”

虽然，亚氏学派的传统重视观测的价值，但其考虑仅在“定性”(qualitative)上;相反伽氏的兴趣则是在“定量”(quantitative)上，借此做了许多精确的测量。作为新科学的先驱，他也显示出必须要相当灵巧，采取许多预防措施，方能得到有用的结果。^[7]

克雷莫尼尼反对此说，且在他们任教于帕多瓦期间，讨论科学问题时，均与伽氏对立。五年以后，当伽氏发表其望远镜的观测时，克氏甚至拒绝以此新奇的设备来观看天空。毋怪乎，他最终成为伽氏《对话》一书中典型的亚氏学派哲学家。