## 伽利略的反应速度

昨天我们讲戴森的文章提到，科学进步其实都是由新工具的出现推动的。今天我想用伽利略的故事来说明这一点 —— 咱们看看新技术一旦出来，聪明人的反应速度能有多快。

今天的内容来自两本书，都有中文版。一本是咱们以前的一篇文章《科学家对诗人的有失恭敬》中讲到过的温伯格的《给世界的答案》 ，一本是咱们以前也说过的一位女物理学家丽莎·兰道尔，她写的一本畅销书，叫《叩响天堂之门》。温伯格的书技术性和理论性更强一些，兰道尔的书故事性和背景介绍更多一些。

伽利略在科学史上的地位非常高。你甚至可以说是伽利略，而不是牛顿，开创了现代科学。这是因为伽利略是第一个真正向大自然寻求答案的科学家，他反对学者整天在书房里面写论文，认为应该去直接观测大自然，用实验结果说话。

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前面《科学家对诗人的有失恭敬》那篇文章里咱们讲过，用温伯格的话说，古代那些思考过科学问题的学者其实不算“科学家”，应该叫“诗人” —— 他们总是从美学角度思考问题，喜欢提出漂亮的理论，但是根本不屑于在真实世界里检验理论。

伽利略所处的是个什么时代呢？哥白尼已经提出了日心说，但是受到了教会的强烈打压。当时主流思想仍然认为地球是宇宙的中心，所有星球都在围绕地球做完美的圆周运动。人们的观念中，天上的东西都是完美的，太阳、月亮、星星，这些星体都是表面光滑的完美球体。而地球上有山，有河流，表面很不平整，教会的哲学就是只有地球不完美，其他星球都完美。

所以人就得敬畏上天啊！这个世界观非常……完美，但罗马教会也很有意思，他允许你跟他较真。伽利略开创通过仪器测量实验的做法以后，教会还专门开了个会，认定仪器测量的 —— 而不是肉眼直接看到的 —— 结果，也有效。教会很有理论自信，如果你想独自观测星体，教会表示允许！

哪里想到，伽利略得到了一个关键工具，一个大杀器 —— 望远镜。

兰道尔的书里说望远镜是1608年荷兰人发明的。而温伯格的说法是，在1608年荷兰已经有好几家制造望远镜的公司了。那一年曾有人想申请望远镜的专利，还被驳回了，因为荷兰政府认为当时望远镜都已经流行了……不过那时候还没人拿望远镜当科学仪器，放大倍数很低，被称为“偷窥镜” —— 主要用于偷窥邻居隐私。

在这个条件下，如果是你有了望远镜，你会怎么做呢？

我以前看过一个穿越小说，叫《宰执天下》，主人公叫韩冈，非常了解现代科学知识，穿越到了宋朝，就给宋朝人发明了望远镜。在小说里望远镜主要被用于军事，也有些宋朝士大夫拿望远镜观测天空，观测了月球的环形山，还观测到了木星的卫星，对当时的观念产生了小范围的影响。韩冈本人甚至当着皇帝的面做了两个铁球同时落地的实验，给他推崇的儒家“气学”学派做了个广告。

一个穿越者能做到这些，我们作为读者认为已经够了。如果韩冈再多做一点，读者就会抱怨“金手指开得太大了”！

那么在真实历史中，伽利略做到了什么程度呢？

不管望远镜是不是荷兰人1608年发明的，伽利略拿到望远镜，是在1609年。他马上就做了改进，把放大倍数从三四倍提高到了八九倍。

1609年8月，伽利略向威尼斯总督演示了改良后的望远镜 —— 这个望远镜能看到肉眼两个小时以后才能看到的海上船只！总督马上意识到望远镜的军事意义，伽利略因此获得终身教授职位，工资涨为原来的3倍。

1609年11月，伽利略把望远镜的放大倍数提高到了20倍。紧接着他用望远镜去观测星空，在短短一年多的时间，他做出了六项有重大历史意义的天文发现。如果单论对人的观念的冲击程度，这六个发现全都能秒杀今天的诺贝尔物理学奖。

如果你有这么好的望远镜，你首先看的星体肯定是月球。伽利略就是这么干的。

第一个发现，1609年11月，伽利略判断月亮表面不是光滑的。注意，光盯着环形山看没用，你有望远镜也无法判断那是光滑图案还是山。伽利略观测的是新月时候，月亮上明暗交界的地方 —— 他注意到边界上有亮点！亮点应该是太阳光越过月球地平线的时候照亮了山顶……伽利略甚至推算出月亮上有些山的山脉至少有四英里高。

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这就证明了天上的东西也不都是完美的，月亮跟地球一样表面凹凸不平。

第二个发现，伽利略观测到了昴星团除了有6颗可见的恒星之外，还有超过40颗其他的恒星，他在天上看到了不计其数的之前肉眼看不见的恒星。他发现银河系是由大量的恒星构成的。

第三个发现，伽利略注意到行星在望远镜的视角中明显地变大，而且它们都是圆形的球体。但是恒星在望远镜的视角中并没有变大，看不出来恒星的细节。伽利略据此推测，恒星距离地球的距离要比行星远很多。

第四个发现，伽利略发现了木星有4颗卫星。这是一个非常有戏剧性的发现。

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他在1610年1月7号晚上看见木星周围有三颗小星，是之前肉眼看不见的。这三颗小星很亮，伽利略还以为它们是恒星。结果到第二天晚上他发现这三颗小星的位置都变了！再过两天，他发现3颗小星就剩2颗，再过三天之后，他发现3颗星又变成4颗星，而且都是沿着黄道排列。

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据此，伽利略得出结论，他看到的其实是木星的四颗卫星！

这个发现不得了。要知道教会的观点是所有星体都绕着地球转，可是现在他发现居然有星体绕着木星转！那木星和地球能有多大区别呢？

第五个发现，到了9月份，伽利略发现金星是有相位的，只有你承认金星也绕着太阳转，才能解释这个相位的变化。

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第六个发现，伽利略把望远镜得到的太阳影像投影到屏幕上，发现了太阳黑子。

等于是伽利略刚有了望远镜，就把天上该看的地方都看了。

为了确保自己是第一个发表望远镜观测结果的人，伽利略在这些发现还没有做完，1610年就用六个星期写了一本书，《星空信使》。出版社一边排版，他一边继续研究。

到1611年，伽利略精确测定了木星这四颗卫星的公转周期。温伯格的书里有张表格，比较了伽利略测量的结果和现代人的测量结果 ——

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四颗卫星的公转周期从1天多到16天多不等，伽利略的结果误差最小是0分钟，最大的误差也就5分钟 —— 十六天，相差五分钟！要知道当时的条件，你想找一块误差如此小的表可能都非常困难！温伯格也没细说，我实在想不通伽利略到底是怎么测的。

这些成就，只是伽利略的丰功伟绩的一部分。伽利略还发明了显微镜，还用斜面测量过运动物体的加速度，等等等等。

伽利略精确测定木星卫星公转周期的1611年，在中国是明神宗万历三十九年，历史大事是崇祯皇帝朱由检出生。

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伽利略做到了穿越者也未必能做到的事，咱们羡慕也没用。我羡慕的是那些在1610年，拿到《星空信使》的读书人。

在那个年代，突然读到这么一本书，是一种怎样的体验。当你知道木星也有自己的卫星，当你知道月球的表面并不是光滑的，当你知道金星有那样相位的时候，当你意识到这一切意味着什么的时候，这种思想冲击，简直太刺激了！

罗马教廷后来禁了伽利略的书，那只能让伽利略的思想变得更刺激。

现在我们的技术日新月异，可能昨天赞叹智能手机明天赞叹虚拟现实，但要说思想上的冲击，真是不如过去。现在我们对大自然的认识和10年前、50年前并没有那么巨大的差异。我就没看过一本像《星空信使》那样如此的异端、又如此的有说服力的书。

紧接着就是“启蒙时代”，从此新思想层出不穷，简直是动不动就来场智识革命。

伽利略在1611年送给开普勒一台望远镜，开普勒拿到望远镜之后也是马上进行改进，然后就发明了开普勒式天文望远镜。

所以，千万不要低估古人，千万不要低估牛人能达到的水平。

这使我想起一个费曼的典故。费曼是四五十年代以后才活跃的“年轻一代”物理学家，有一次他跑到图书馆去浏览几十年前的物理论文。那时候的物理学还是一门相当新的学科，费曼想看当时那些物理学家的笑话 —— 结果他一看就服了。

每个时代都有自己的局限性，这个局限性可能仅仅是工具上的。每个时代都有自己的牛人，那些牛人都是只要给他什么工具，他很快就能把这个工具运用到极致，把能得到的结果全都研究出来。

只有工具做不到，没有人想不到的。

之所以都是工具推动科学革命，并不是因为人的思想不够聪明，而恰恰是因为人太聪明了。

### 💡 精华要点
- 每个时代都有自己的局限性，这个局限性可能仅仅是工具上的。每个时代都有自己的牛人，那些牛人都是只要给他什么工具，他很快就能把这个工具运用到极致，把能得到的结果全都研究出来。

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