漫谈伽利略《关于两门新科学的对话》

鹿龙奇

摘 要：在简要论述了《关于两门新科学的对话》对自然科学发展所起的里程碑式的意义以后，本论文对于这本书的写作背景进行了深入地探讨，之后主要针对这本书的写作风格、研究对象和内容、研究方法等进行了阐释和研究，最后对这本书的贡献和评价进行了补充式的简要描述。

关键词：伽利略；《关于两门新科学的对话》；读书报告

中图分类号：O4-09 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）01-0204-02

自然科学真正意义上从神学和哲学的笼罩下分离出来，开始逐渐发展成为一门门独立学科，最终成为一个严密的包含多学科的综合门类体系，从某种意义上来说，应该算作是从伽利略和他的《关于两门新科学的对话》开始的。《关于两门新科学的对话》的出现，对自然科学的发展有着两个里程碑式的意义：

第一，伽利略在《关于两门新科学的对话》中关于“材料强度和对折断的抵抗力”问题及衍生出的物质结构问题和“物质运动中位置的改变”问题的讨论，可谓是既开创了探究材料力学的先河，更为人类对动力学的研究铺平了道路。从此力学成为了一门真正意义上的独立学科——而近现代精密学科的研究发展却恰恰是以力学的产生和发展为开端的。从这个意义上说，《关于两门新科学的对话》真正打开了近现代科学研究的大门。

第二，伽利略在《关于两门新科学的对话》中所提出和采用的“观察和假设、数学和实验相结合”的研究方法，明确了自然科学的探究必须以实验事实为根据并需要具有严密的推理论证逻辑体系，可谓是创立了近代自然科学研究的基本方法，使人类获得了打开自然界奥秘的正确手段。从这个意义上说，《关于两门新科学的对话》标志着近代自然科学研究方法的诞生。

因此，即使在科学技术已经发展成熟的今天，在力学特别是材料力学和理论力学方面，伽利略和他的《关于两门新科学的对话》都是我们应该深入了解学习的，其中所蕴藏的时代精神和科学灵魂，将是感动和鼓舞我们一代又一代人的最强大力量，让我们能够沿着力学或科学曾经艰难走过的足迹，迈向更远的前方。

1 《关于两门新科学的对话》的写作时代背景

《关于两门新科学的对话》的作者，是文艺复兴末期意大利物理学家、数学家、天文学家伽利略。该书完稿时间为1636年，最终于1638年在荷兰莱顿地区的埃塞菲尔斯出版社首次发行出版。

要想尽可能地读懂《关于两门新科学的对话》这本科学巨作，就需要对该书的写作时代背景有深入的了解，包括伽利略所处的历史时代背景和伽利略个人在写作该书时的现实背景。这样我们才能深刻理解《关于两门新科学的对话》这本科学巨著对于时代及自然科学发展所具有的意义，以及为了它的出现作者所付出的努力和所遭遇的苦难与艰辛。

《关于两门新科学的对话》成书的时代，正处于文艺复兴（14-17世纪）末期，新兴的人文主义思潮与欧洲中世纪以来顽固陈旧的封建神学主义之间正进行着最惨烈的最后争锋，理性思维和传统僵化死板的经院哲学式教条思维之间也进行着激烈的碰撞。人类对于自然物质世界的探索，依然严重受制于以神学为核心的经院哲学体系，自然科学在当时只是作为哲学的一个分支出现。人类对于自然物质世界的认知，其判断依据是宗教神学先验主义和亚里士多德的演绎推理法。而用经验主义来质问先验主义，用实验论证来替代演绎推理的形式论证，正是伽利略在《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》中向宗教神学和经院哲学所发起的冲锋。

伽利略的一生就是始终坚持不懈与这种教条式的经院哲学战斗的一生。他对于先验主义关于世界上存在绝对真理和宗教鼓吹的绝对真理掌控者有着绝对权威这些观点拒不承认。认为经验才是产生知识的唯一源泉，主张需要用具体的实验论证和数学的逻辑推理来认识自然物质世界的内在规律。而正是因为其《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》对于哥白尼日心说的系统论证，极大打击了宗教神学体系的统治理论基础，所以才会受到宗教法庭的严厉审判和严重迫害。

1633年3月罗马梵蒂冈宗教法庭判决伽利略终身监禁。《关于两门新科学的对话》正是伽利略被软禁且精神受到很大打击后才着手开始撰写的。《关于两门新科学的对话》高度概括总结了伽利略数十年来在物理学领域、数学领域和自然哲学领域的研究理论成果，是伽利略一生最重要的关于自然科学研究的心血著作。值得一提的是，伽利略在《关于两门新科学的对话》完稿的第二年（1637年）便以失明，并于第六年（1642年）逝世。所以《关于两门新科学的对话》这本人类历史上光辉灿烂的科学巨著背后所隐藏的血泪辛酸，是如此令人心悸与震撼。今天我们每一个有幸拜读这本科学巨著的人，都应该为伽利略及那个时代为了科学与真理而舍身战斗的先辈们的时代精神和科学灵魂，致以最真诚的感谢与敬重！

2 《關于两门新科学的对话》漫谈

2.1 《关于两门新科学的对话》的写作风格

《关于两门新科学的对话》沿用了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》的三人对话体写作手法，通过“萨耳”（即萨耳维亚蒂，以伽利略本人代表身份出现）、“萨格”（即萨格利多，以受过开明教育具有强烈求知欲的普通人身份出现）、“辛普”（即辛普里修，以受亚里士多德学说影响颇深却对谈话话题有深厚兴趣的提问者身份出现）三人四天的对话，将伽利略对于物质结构和运动规律两个物理学中最基本问题的研究成果进行了总结和展示。

伽利略在《关于两门新科学的对话》的写作风格上有三个显著特征：一是对话体；二是对问题进行论证分析的谈话部分采用数学语言；三是“第一天”部分的写作风格迥异于后面三天的部分，整本书写作体例似乎前后不一。笔者个人想在此和有兴趣者聊作探讨一番，为何伽利略在自己最重要的两本著作中都“钟情”于这种写作风格。

最明显直观的原因或许正如伽利略自己所说，因为“对话体不受数学定律的严格约束限制，有时还可插入些和主要论据一样的有趣的闲话”，及“世界是一门以数学语言写成的书，只有能归结为数量特征的形状、大小和速度才是物体的客观性质”。endprint

但是笔者个人认为，之所以伽利略“钟情”于这种写作风格，是有着一定的历史原因和特定的时代特征的。在那个自然科学还没有完全从哲学中分离出来的时代，文艺复兴所倡导的恢复古希腊时期的人文主义思想，不可避免影响了伽利略。虽然伽利略已经为自己的学说定义成两门新科学，但是在其写作的过程中，仍然不自觉的继承了古希腊人文哲学特别是柏拉图的写作风格。伽利略在哲学思想上受柏拉图的影响应该很深，无论是柏拉图关于“数学为万物的本源”观念，还是柏拉图对话录式的作品写作风格。

对于《关于两门新科学的对话》写作风格前后迥异这一点，结合前文提到的伽利略完成该书的遭遇，很可能是受到了当时外部环境（受宗教监禁迫害）和自身身体健康状况（完稿第二年就完全失明）的影响，所以在作品后三天部分只能匆忙把最为核心精华的东西整理记录下来。只是没有想到的是，这种因为匆忙而不得以采用的自然科学作品写作格式，竟然成为了更符合当今时代人们对于科学著作或书籍审美观的写作格式，这也算得上“无心插柳柳成荫”吧。

2.2 《关于两门新科学的对话》的研究对象和内容

在《关于两门新科学的对话》中，伽利略致力于这样的一个主题的探讨——“究竟是什么原因使得物质显现出其存在的状态并产生了位置的变化移动”。问题的前半部分就是书中所要讨论的第一门新科学关于物质结构问题的材料力学，后半部分就是该书所要讨论的第二门新科学关于物质运动规律的动力学。所以《关于两门新科学的对话》的研究对象用专业学科语言可以这样描述：力是如何作用于物体使其能够呈现出其所存在的物质形态并能够引起其位置变化的。

《关于两门新科学的对话》的内容由“四天”两部分完成，“第一天”和“第二天”主要讨论的材料强度的问题，“第三天”和“第四天”主要讨论的物质位置的改变的问题。相对于“第一天”而言，其中“第二天”、“第三天”和“第四天”部分的内容阐述条理比较清晰：“第二天”中用了8个命题介绍梁的强度实验，讨论了重力作用下物体尺寸对于其材料强度的影响，得出材料承载力与其横截面成正比而与其长度无关；“第三天”中用了6个命题讨论了“稳定或均匀的运动”，用38个命题讨论了“自然加速的运动”并得出了“速度与时间成比例”及“物体运动并不需要力维持、维持物体运动的原因是惯性”；“第四天”中用了14个命题讨论了“抛射体的运动”并论证了“抛射体的运动是一种由均匀水平运动和自然加速竖直运动所合成的相对运动”。

其中，“第一天”讨论内容是相对广泛的，包含了力学、热学、光学、声学、数学、哲学等力学概念与常识及实验，其中很多知识都为后来人的科学研究打开了大门，可以看成是《关于两门新科学的对话》这本力学经典著作中所插入的伽利略式百科全书部分。

2.3 《关于两门新科学的对话》的研究方法

《关于两门新科学的对话》的研究方法，就是该书能够成为划时代经典科学巨著的另一原因，即伽利略所开创的“观察和假设、数学和实验相结合”的科学研究方法。

伽利略“观察和假设、数学和实验相结合”的研究方法，总体而言，有着以下几个步骤：

①在观测结果的基础上提出假设，从所观察的现象中提取出能够获得的直观认知的主体部分，然后用最简单的数学语言形式表示出来，建立数学模型以表述数量关系的概念；②运用数学工具进行演绎推理，由最开始的数量关系式推导出另一个容易被实验证实的数量关系；③通过实验来证实这种数量关系，看是否符合于观察假设的结果。

如《关于两门新科学的对话》中关于大小物体自由落体运动速率的问题，首先通过观察伽利略发现大小物体自由落体运动速率并不是如亚里士多德所说和自身的质量成正比，之后建立数学式大物体重量是小物体10倍，用数学语言建立建模表述其数量关系并推理（各自单独下落、用绳子系在一起下落），最后再通过多次试验进行验证。

3 《关于两门新科学的对话》的贡献与评价

《关于两门新科学的对话》这本书，早就被无数学者专家所奉为是力学、物理学、数学甚至哲学方面的划时代经典巨著。正是由于有这本书，伽利略才被誉为“科学实验之父”、“近代力学和现代科学的奠基者”“最早把物理与严格的数学结合的第一人”。关于笔者个人对于这个书的评价，已经在前言部分有所描述，所以在此不再过多叙述。但值得一提的是，该书已经被北大任定成教授编入北京大学通识教育经典名著阅读计划“科学元典丛书”。对于无论是想要学习或从事力学和物理学领域、还是想要了解现代科学方法论的人们，这个书都是不可多得的最佳启蒙读物。或许这个本所阐述的自然科学知识由于历史原因今天已经耳熟能详，但是伽利略能够从那个时代运用简单工具就能设计大量的科学实验之灵、其观察发现科学真理的强大观察力以及数理推证之美，依然可以深深打动我们，让我们能够深刻领会这本科学瑰宝的风采。

参考文献

[1]武际可.打开近代科学之门的对话——力学史杂谈之十八，介绍伽利略的《关于两门新科学的对话》[J].力學与实践，2006，28（5）：89-91.endprint