漫談伽利略《關于兩門新科學的對話》

鹿龍奇

摘 要：在簡要論述了《關于兩門新科學的對話》對自然科學發展所起的里程碑式的意義以后，本論文對于這本書的寫作背景進行了深入地探討，之后主要針對這本書的寫作風格、研究對象和內容、研究方法等進行了闡釋和研究，最后對這本書的貢獻和評價進行了補充式的簡要描述。

關鍵詞：伽利略；《關于兩門新科學的對話》；讀書報告

中圖分類號：O4-09 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）01-0204-02

自然科學真正意義上從神學和哲學的籠罩下分離出來，開始逐漸發展成為一門門獨立學科，最終成為一個嚴密的包含多學科的綜合門類體系，從某種意義上來說，應該算作是從伽利略和他的《關于兩門新科學的對話》開始的。《關于兩門新科學的對話》的出現，對自然科學的發展有著兩個里程碑式的意義：

第一，伽利略在《關于兩門新科學的對話》中關于“材料強度和對折斷的抵抗力”問題及衍生出的物質結構問題和“物質運動中位置的改變”問題的討論，可謂是既開創了探究材料力學的先河，更為人類對動力學的研究鋪平了道路。從此力學成為了一門真正意義上的獨立學科——而近現代精密學科的研究發展卻恰恰是以力學的產生和發展為開端的。從這個意義上說，《關于兩門新科學的對話》真正打開了近現代科學研究的大門。

第二，伽利略在《關于兩門新科學的對話》中所提出和采用的“觀察和假設、數學和實驗相結合”的研究方法，明確了自然科學的探究必須以實驗事實為根據并需要具有嚴密的推理論證邏輯體系，可謂是創立了近代自然科學研究的基本方法，使人類獲得了打開自然界奧秘的正確手段。從這個意義上說，《關于兩門新科學的對話》標志著近代自然科學研究方法的誕生。

因此，即使在科學技術已經發展成熟的今天，在力學特別是材料力學和理論力學方面，伽利略和他的《關于兩門新科學的對話》都是我們應該深入了解學習的，其中所蘊藏的時代精神和科學靈魂，將是感動和鼓舞我們一代又一代人的最強大力量，讓我們能夠沿著力學或科學曾經艱難走過的足跡，邁向更遠的前方。

1 《關于兩門新科學的對話》的寫作時代背景

《關于兩門新科學的對話》的作者，是文藝復興末期意大利物理學家、數學家、天文學家伽利略。該書完稿時間為1636年，最終于1638年在荷蘭萊頓地區的埃塞菲爾斯出版社首次發行出版。

要想盡可能地讀懂《關于兩門新科學的對話》這本科學巨作，就需要對該書的寫作時代背景有深入的了解，包括伽利略所處的歷史時代背景和伽利略個人在寫作該書時的現實背景。這樣我們才能深刻理解《關于兩門新科學的對話》這本科學巨著對于時代及自然科學發展所具有的意義，以及為了它的出現作者所付出的努力和所遭遇的苦難與艱辛。

《關于兩門新科學的對話》成書的時代，正處于文藝復興（14-17世紀）末期，新興的人文主義思潮與歐洲中世紀以來頑固陳舊的封建神學主義之間正進行著最慘烈的最后爭鋒，理性思維和傳統僵化死板的經院哲學式教條思維之間也進行著激烈的碰撞。人類對于自然物質世界的探索，依然嚴重受制于以神學為核心的經院哲學體系，自然科學在當時只是作為哲學的一個分支出現。人類對于自然物質世界的認知，其判斷依據是宗教神學先驗主義和亞里士多德的演繹推理法。而用經驗主義來質問先驗主義，用實驗論證來替代演繹推理的形式論證，正是伽利略在《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》和《關于兩門新科學的對話》中向宗教神學和經院哲學所發起的沖鋒。

伽利略的一生就是始終堅持不懈與這種教條式的經院哲學戰斗的一生。他對于先驗主義關于世界上存在絕對真理和宗教鼓吹的絕對真理掌控者有著絕對權威這些觀點拒不承認。認為經驗才是產生知識的唯一源泉，主張需要用具體的實驗論證和數學的邏輯推理來認識自然物質世界的內在規律。而正是因為其《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》對于哥白尼日心說的系統論證，極大打擊了宗教神學體系的統治理論基礎，所以才會受到宗教法庭的嚴厲審判和嚴重迫害。

1633年3月羅馬梵蒂岡宗教法庭判決伽利略終身監禁。《關于兩門新科學的對話》正是伽利略被軟禁且精神受到很大打擊后才著手開始撰寫的。《關于兩門新科學的對話》高度概括總結了伽利略數十年來在物理學領域、數學領域和自然哲學領域的研究理論成果，是伽利略一生最重要的關于自然科學研究的心血著作。值得一提的是，伽利略在《關于兩門新科學的對話》完稿的第二年（1637年）便以失明，并于第六年（1642年）逝世。所以《關于兩門新科學的對話》這本人類歷史上光輝燦爛的科學巨著背后所隱藏的血淚辛酸，是如此令人心悸與震撼。今天我們每一個有幸拜讀這本科學巨著的人，都應該為伽利略及那個時代為了科學與真理而舍身戰斗的先輩們的時代精神和科學靈魂，致以最真誠的感謝與敬重！

2 《關于兩門新科學的對話》漫談

2.1 《關于兩門新科學的對話》的寫作風格

《關于兩門新科學的對話》沿用了《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》的三人對話體寫作手法，通過“薩耳”（即薩耳維亞蒂，以伽利略本人代表身份出現）、“薩格”（即薩格利多，以受過開明教育具有強烈求知欲的普通人身份出現）、“辛普”（即辛普里修，以受亞里士多德學說影響頗深卻對談話話題有深厚興趣的提問者身份出現）三人四天的對話，將伽利略對于物質結構和運動規律兩個物理學中最基本問題的研究成果進行了總結和展示。

伽利略在《關于兩門新科學的對話》的寫作風格上有三個顯著特征：一是對話體；二是對問題進行論證分析的談話部分采用數學語言；三是“第一天”部分的寫作風格迥異于后面三天的部分，整本書寫作體例似乎前后不一。筆者個人想在此和有興趣者聊作探討一番，為何伽利略在自己最重要的兩本著作中都“鐘情”于這種寫作風格。

最明顯直觀的原因或許正如伽利略自己所說，因為“對話體不受數學定律的嚴格約束限制，有時還可插入些和主要論據一樣的有趣的閑話”，及“世界是一門以數學語言寫成的書，只有能歸結為數量特征的形狀、大小和速度才是物體的客觀性質”。endprint

但是筆者個人認為，之所以伽利略“鐘情”于這種寫作風格，是有著一定的歷史原因和特定的時代特征的。在那個自然科學還沒有完全從哲學中分離出來的時代，文藝復興所倡導的恢復古希臘時期的人文主義思想，不可避免影響了伽利略。雖然伽利略已經為自己的學說定義成兩門新科學，但是在其寫作的過程中，仍然不自覺的繼承了古希臘人文哲學特別是柏拉圖的寫作風格。伽利略在哲學思想上受柏拉圖的影響應該很深，無論是柏拉圖關于“數學為萬物的本源”觀念，還是柏拉圖對話錄式的作品寫作風格。

對于《關于兩門新科學的對話》寫作風格前后迥異這一點，結合前文提到的伽利略完成該書的遭遇，很可能是受到了當時外部環境（受宗教監禁迫害）和自身身體健康狀況（完稿第二年就完全失明）的影響，所以在作品后三天部分只能匆忙把最為核心精華的東西整理記錄下來。只是沒有想到的是，這種因為匆忙而不得以采用的自然科學作品寫作格式，竟然成為了更符合當今時代人們對于科學著作或書籍審美觀的寫作格式，這也算得上“無心插柳柳成蔭”吧。

2.2 《關于兩門新科學的對話》的研究對象和內容

在《關于兩門新科學的對話》中，伽利略致力于這樣的一個主題的探討——“究竟是什么原因使得物質顯現出其存在的狀態并產生了位置的變化移動”。問題的前半部分就是書中所要討論的第一門新科學關于物質結構問題的材料力學，后半部分就是該書所要討論的第二門新科學關于物質運動規律的動力學。所以《關于兩門新科學的對話》的研究對象用專業學科語言可以這樣描述：力是如何作用于物體使其能夠呈現出其所存在的物質形態并能夠引起其位置變化的。

《關于兩門新科學的對話》的內容由“四天”兩部分完成，“第一天”和“第二天”主要討論的材料強度的問題，“第三天”和“第四天”主要討論的物質位置的改變的問題。相對于“第一天”而言，其中“第二天”、“第三天”和“第四天”部分的內容闡述條理比較清晰：“第二天”中用了8個命題介紹梁的強度實驗，討論了重力作用下物體尺寸對于其材料強度的影響，得出材料承載力與其橫截面成正比而與其長度無關；“第三天”中用了6個命題討論了“穩定或均勻的運動”，用38個命題討論了“自然加速的運動”并得出了“速度與時間成比例”及“物體運動并不需要力維持、維持物體運動的原因是慣性”；“第四天”中用了14個命題討論了“拋射體的運動”并論證了“拋射體的運動是一種由均勻水平運動和自然加速豎直運動所合成的相對運動”。

其中，“第一天”討論內容是相對廣泛的，包含了力學、熱學、光學、聲學、數學、哲學等力學概念與常識及實驗，其中很多知識都為后來人的科學研究打開了大門，可以看成是《關于兩門新科學的對話》這本力學經典著作中所插入的伽利略式百科全書部分。

2.3 《關于兩門新科學的對話》的研究方法

《關于兩門新科學的對話》的研究方法，就是該書能夠成為劃時代經典科學巨著的另一原因，即伽利略所開創的“觀察和假設、數學和實驗相結合”的科學研究方法。

伽利略“觀察和假設、數學和實驗相結合”的研究方法，總體而言，有著以下幾個步驟：

①在觀測結果的基礎上提出假設，從所觀察的現象中提取出能夠獲得的直觀認知的主體部分，然后用最簡單的數學語言形式表示出來，建立數學模型以表述數量關系的概念；②運用數學工具進行演繹推理，由最開始的數量關系式推導出另一個容易被實驗證實的數量關系；③通過實驗來證實這種數量關系，看是否符合于觀察假設的結果。

如《關于兩門新科學的對話》中關于大小物體自由落體運動速率的問題，首先通過觀察伽利略發現大小物體自由落體運動速率并不是如亞里士多德所說和自身的質量成正比，之后建立數學式大物體重量是小物體10倍，用數學語言建立建模表述其數量關系并推理（各自單獨下落、用繩子系在一起下落），最后再通過多次試驗進行驗證。

3 《關于兩門新科學的對話》的貢獻與評價

《關于兩門新科學的對話》這本書，早就被無數學者專家所奉為是力學、物理學、數學甚至哲學方面的劃時代經典巨著。正是由于有這本書，伽利略才被譽為“科學實驗之父”、“近代力學和現代科學的奠基者”“最早把物理與嚴格的數學結合的第一人”。關于筆者個人對于這個書的評價，已經在前言部分有所描述，所以在此不再過多敘述。但值得一提的是，該書已經被北大任定成教授編入北京大學通識教育經典名著閱讀計劃“科學元典叢書”。對于無論是想要學習或從事力學和物理學領域、還是想要了解現代科學方法論的人們，這個書都是不可多得的最佳啟蒙讀物。或許這個本所闡述的自然科學知識由于歷史原因今天已經耳熟能詳，但是伽利略能夠從那個時代運用簡單工具就能設計大量的科學實驗之靈、其觀察發現科學真理的強大觀察力以及數理推證之美，依然可以深深打動我們，讓我們能夠深刻領會這本科學瑰寶的風采。

參考文獻

[1]武際可.打開近代科學之門的對話——力學史雜談之十八，介紹伽利略的《關于兩門新科學的對話》[J].力學與實踐，2006，28（5）：89-91.endprint