如果科學家要拜祖師爺，他們應該拜誰？

中國有句老話叫「三百六十行，無祖不立」。說的是各行各業都得有個祖師爺，不然出去跟人吹牛逼都不好意。在中國古代，這個祖師爺有時是傳說中的人物，比如黃帝是裁縫的祖師爺，炎帝是農民的祖師爺，哪怕就是做賊這行當都要以盜跖之流做祖師爺。有時，祖師爺的名分則給了從事過這個行業的名人，比如劉備被尊為鞋匠祖師爺，關羽是剃頭匠祖師爺，而張飛則是屠夫的祖師爺。總之，這祖師爺的名氣得足夠大，能得到大多數人的認可才行。那麼，當我們談到科學家時，這個行業的祖師爺又該是誰呢？

科學家的祖師爺究竟是誰？

這似乎是個很難的問題，因為現代科學領域分支太多，僅自然科學就可以分為物理學、化學、生物學、天文學等諸多大類。如果追隨科學的源頭，可以追溯到古希臘時期，從泰勒斯到亞里士多德都是古希臘非常具有科學精神的哲學家。當然，那時候是並不存在「科學」一說的，而且他們的「科學」研究也非常粗糙，比如我們都知道亞里士多德就重力加速問題，得到過完全錯誤的答案——物體下落的速度與物體的質量成正比。

亞里士多德（右）和他的老師柏拉圖

那麼，我們只能探討被認為現代意義上「科學」的近代科學了，因為這個時期的科學強調通過數學推理和嚴謹實驗來驗證理論。那麼，我們可以梳理下近代科學上有眾大貢獻的學者：

13世紀最早提倡實驗科學的羅吉爾·培根，和跟他名字差不多但名氣更大的弗朗西斯·培根，就是提出「科學就是力量，法國就是培根」的那位。還有文藝復興時期博學多才的達·芬奇，提出日心說的哥白尼、提出血液循環理論的哈維、史上第一牛逼的牛逼頓，以及跟牛頓勢同水火的胡克等等。

這些人的科學研究對後來科學的發展都有著舉足輕重的影響力。不過，他們有些人研究上稍微早了那麼一點，在實驗科學道路的探索上，剛創立了一個雛形，比如弗朗西斯·培根，他對科學最大的貢獻是制定了系統的歸納邏輯，但在實驗科學上並無突出貢獻。還有些稍微晚了那麼點，縱使如眾多科學流派的開創人牛頓，也無緣科學家祖師爺這一殊榮。

自帶台詞的艾薩克·牛頓：我不是針對誰，我是說樓上的各位，都是垃圾

還是揭曉答案吧，這位祖師爺就是被後人認為，提供肩膀給牛頓站立的巨人——伽利略·伽利雷。如果你跟湛廬君年齡相仿的話，或許還學過一篇課文《兩個鐵球同時著地》，記述了他最有名的比薩斜塔實驗。

不過遺憾的是，這一記載僅出現在伽利略某個喜歡信口開河的學生的書中。現在科學史觀點認為，伽利略並沒有在比薩斜塔上做過這個雙球實驗，以證明物體下落的速度與物體質量無關。但伽利略最大的科學貢獻之一，卻與此相關，是通過斜面滾球實驗間接提出了慣性定律。今天，我們就來聊聊他的斜面慣性實驗對動力學的影響，以及他天文學和生物學上的貢獻。

實驗觀測與思想實驗

在伽利略之前，科學依賴於未經仔細考量的測量結果與純粹的思辨。亞里士多德所發展的「科學」是人們試圖理解世界的一種典型方式。數學可以進行邏輯推導，然而那些隱含其中的公理要麼被人們無條件地相信，要麼由直接的觀測得來。伽利略明確地摒棄了把研究建立在「論文的世界」里的想法，他希望研讀並學習「自然之書」。

為了研究物體的自由落體速度，伽利略在實驗使用了斜面，這種方法延長了物體運動的水平距離，所以伽利略可以精細地測量它們是如何「下落」的。他使用水時計來計量時間，還聰明地在一些特殊時間點加入小鈴鐺，這使他得以利用自己的音樂天賦來判斷球從斜面上滾下來時的速度。

伽利略還發明了思想實驗，即為了能預測當時還沒有人可以進行的實驗，所做的基於所見之物的抽象理解：當物體在無阻力的情形里下落時，它們在相同時間內具有相同的速度。一個好的科學理論應該能夠正確理解所有因素。思想實驗與實驗觀測共同幫助伽利略更好地理解了引力的本質。

將望遠鏡對向太空

通過實驗，我們可以超越純粹的推理與思辨。在此之外，伽利略另外一個最終改變了科學發展命運的巨大貢獻，即通過使用和改進儀器，讓我們對實驗結果去蕪存菁。他最大的貢獻是應用望遠鏡觀測恆星。在科學發展早期，人們依靠感官觀察結果。他們憑感覺與觸覺目測事物，而不是使用間接的中間儀器，以獲得那些與直覺不同的客觀事實。而伽利略使用這種儀器，改變了我們見科學、見宇宙、見自我的方式。

望遠鏡是1608年由荷蘭的漢斯·利伯希發明。不過這位荷蘭人發明它是為了偷窺，因此這個發明在當時又被稱作「偷窺鏡」。而伽利略則最早把它變成了一台科學儀器，他發明了第一台40倍的望遠鏡用於天文觀測。

他觀測到了月球表面的山谷與溝壑，原來月球並非一個完美的光滑球體，實際上它與地球的形狀十分相似，這超乎人們的想像。讓人們意識到，地球不再具有獨一無二的地位，它只是一個與其他天體沒什麼兩樣的普通天體。還有普照大地的太陽，也不只是充滿光明，在其上還分布有太陽黑子。此外，他還觀測到了更多從前肉眼不可見的木星衛星、昴星團等等。大量的天文觀測更讓他堅定的相信哥白尼的日心說才是正確的宇宙模型。

探秘微觀世界

伽利略對宇宙在大尺度上的觀測與推理的貢獻人所共知，而這還不足以描繪他的全部，他也徹底提升了我們對小尺度上事物的認知能力。他最早將顯微鏡用於觀測微小尺度上的事物。有了它，我們自此可以在以前所不能達到的精度上觀察昆蟲。

科學家根據記錄還原的伽利略的顯微鏡

此外，伽利略研究過骨骼，探究了在尺度發生變化的情況下，它們的結構特性會發生什麼改變。顯然，在他的各種其他洞見之外，伽利略還明確地知道了尺度的重要性。

總之，伽利略對科學方法與目標的理解—定量研究、可預測性、試圖描述確定事物的概念性框架，這些都以精確的規律為指導原則。當這些規則可以提供經過充分驗證的對世界的預測時，它們就可以用來預測未知現象。科學家們試圖找到能解釋所有觀測現象的最合理理論。

本文選編自湛廬文化出品的《叩響天堂之門》，了解更多科普知識請關注理論物理大師麗莎·蘭道爾三部曲。

本文改編：Shaka

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