□鄭州大學(xué)外語(yǔ)學(xué)院　王勝利

　　伽利略（1564-1642）是偉大的物理學(xué)家、力學(xué)家和天文學(xué)家，也是近代實(shí)驗物理學(xué)的奠基者，早期對計量學(xué)也做出了重要貢獻。

　　伽利略的全名是伽利略·伽利雷（Galileo Galilei），于1564年2月15日出生于意大利的比薩城。他的父親是一位數學(xué)家，不過(guò)，這位數學(xué)家卻反對自己的兒子學(xué)數學(xué)，他希望伽利略能夠成為一位醫生。因為在當時(shí)，醫生的收入是數學(xué)家收入的30倍，老伽利雷自然希望兒子能通過(guò)學(xué)醫而過(guò)上衣食豐饒的生活。

　　1581年，根據父親的安排，伽利略17歲進(jìn)入了比薩大學(xué)，成了一名醫學(xué)學(xué)生。但是命運似乎注定要跟老伽利雷開(kāi)玩笑，在1583年伽利略聽(tīng)了幾次關(guān)于歐幾里德幾何學(xué)的演講，又獨立做了些力學(xué)研究，發(fā)現自己不僅喜歡數學(xué)和科學(xué)，而且在這方面還頗有天分，于是他找到父親，希望父親能夠同意自己轉而學(xué)習自然科學(xué)。

　　對伽利略的請求，老伽利雷雖然不太情愿，但還是勉強同意了伽利略去學(xué)自然科學(xué)。后來(lái)的事實(shí)證明，他的態(tài)度的這一轉變太值得后人慶幸了，雖然意大利因為他的這一決定少了一位醫道高明的醫生，但卻有了一位近代科學(xué)的奠基人。近代科學(xué)正是沿著(zhù)伽利略開(kāi)辟的道路發(fā)展起來(lái)的。

　　說(shuō)來(lái)也巧，伽利略對計量科學(xué)的第一個(gè)貢獻正是他在當醫學(xué)學(xué)生時(shí)做出來(lái)的，那是1581年的一天，伽利略到比薩的一個(gè)教堂做禮拜，千篇一律的宗教儀式使他覺(jué)得乏味，無(wú)意之間，他把目光投向了教堂里懸掛著(zhù)的一盞吊燈。這盞吊燈在氣流的作用下來(lái)回擺動(dòng)，它的擺動(dòng)不太規則，有時(shí)是小圓弧，有時(shí)則劃過(guò)的圓弧稍大些。伽利略敏銳地注意到，不管其擺動(dòng)幅度有什么變化，擺動(dòng)一次所用的時(shí)間卻總是相同的。為了證實(shí)自己的發(fā)現，他數著(zhù)自己的脈搏做了測量，而且回到家里以后，又做了兩個(gè)同樣長(cháng)度的擺，讓它們擺動(dòng)，使其中一個(gè)擺動(dòng)的幅度大，另一個(gè)擺動(dòng)的幅度小。通過(guò)這樣的實(shí)驗，他證實(shí)了自己的發(fā)現：兩個(gè)擺擺動(dòng)一次所需時(shí)間果然是一樣的。證實(shí)了這個(gè)發(fā)現之后，他經(jīng)過(guò)鉆研，把擺做成了“脈搏計”，應用到測量病人的脈搏上去，受到當時(shí)醫生們的歡迎?！懊}搏計”成了他短暫的學(xué)醫期間對醫學(xué)所做出的貢獻。

　　實(shí)際上，伽利略的發(fā)現有更深刻的意義，因為擺的這種等時(shí)性是近代機械鐘表制造的科學(xué)依據。當然，要把這一發(fā)現應用到鐘表制造上去，還有很多工作要做，首先是對影響擺動(dòng)的有關(guān)因素加以探討。例如，擺錘的重量、材料對擺動(dòng)周期有什么影響？空氣的阻力對不同材料做成的擺錘的擺動(dòng)有什么影響？擺線(xiàn)長(cháng)短與擺動(dòng)周期有什么關(guān)系？等等。伽利略用實(shí)驗的方法來(lái)解決這些問(wèn)題。在用兩個(gè)擺做實(shí)驗時(shí)，他把一個(gè)擺系上用軟木做成的擺錘，而另一個(gè)則系上用鉛做成的擺錘，兩個(gè)擺的擺線(xiàn)長(cháng)度是一樣的。當這兩個(gè)擺在同一時(shí)刻以同樣的方式開(kāi)始擺動(dòng)時(shí)，它們擺動(dòng)的周期是一樣的，每次所經(jīng)歷的弧長(cháng)也相同。在多次擺動(dòng)之后，二者的運動(dòng)仍看不出明顯的差別。由此，伽利略得出結論說(shuō)，擺的擺動(dòng)周期跟擺錘的材料和重量沒(méi)有關(guān)系，空氣阻力對其也沒(méi)有多大作用。對同一個(gè)擺，伽利略又用改變擺線(xiàn)長(cháng)度的方法，探討擺長(cháng)與擺動(dòng)周期的關(guān)系。經(jīng)過(guò)反復實(shí)驗，他發(fā)現擺動(dòng)周期跟擺長(cháng)的平方根成正比。這些發(fā)現，使人們對單擺的擺動(dòng)規律有了比較清楚的認識。

　　現在看來(lái)，伽利略做實(shí)驗時(shí)擺的擺動(dòng)幅度一定不太大，因為擺的等時(shí)性?xún)H僅在擺做沿旋輪線(xiàn)的運動(dòng)時(shí)才成立，而在擺沿著(zhù)弧線(xiàn)運動(dòng)時(shí)不成立。但是在擺動(dòng)幅度不大的情況下，二者的差異可以忽略不計。因此，在小角度擺動(dòng)的情況下，伽利略的發(fā)現仍然是正確的。

　　擺的等時(shí)性的發(fā)現，使伽利略意識到有可能把它應用到機械鐘表的制造上。既然擺的擺動(dòng)是等時(shí)的，只要讓擺跟時(shí)鐘機構結合起來(lái)，使擺不停地擺動(dòng)，記下它擺動(dòng)的次數，就能得到準確的時(shí)間。伽利略把這一設想告訴了他的兒子芬琴齊奧和學(xué)生維維安尼，讓他們動(dòng)手研制擺鐘。他們繪制出了草圖，但還未等研制成功，芬琴齊奧就去世了，研制工作只好半途而廢。在伽利略去世十多年后，荷蘭科學(xué)家惠更斯根據伽利略的發(fā)現，成功地研制出了達到相當準確度的擺鐘。正是伽利略的發(fā)現,促成了近代時(shí)間計量正式登上了歷史舞臺。

　　伽利略也是溫度計量的創(chuàng )始人。在伽利略之前，人們已經(jīng)知道，溫度的變化會(huì )引起一些物體物態(tài)的變化。但人們從未實(shí)現過(guò)對溫度變化的定量測試，是伽利略最先做到了這一點(diǎn)。1593年伽利略在實(shí)驗中發(fā)明了能測量溫度變化的儀器，該儀器是利用空氣的熱脹冷縮效應制成的，它的主體是一根下端開(kāi)口，上端呈泡狀的封閉玻璃管。使用時(shí)，該玻璃管的下端插在一個(gè)盛有水的容器中，玻璃管上標有刻度，當外界氣溫變化時(shí)，玻璃泡中的空氣就會(huì )相應地膨脹或收縮，于是玻璃管中的水就相應地下降或上升，其變化幅度通過(guò)玻璃管上的刻度可以表現出來(lái)，于是溫度的變化也就被定量地反映了出來(lái)。

　　 伽利略的溫度計還很原始。首先，在他的溫度計里，玻璃管中水柱長(cháng)度的變化并不僅僅取決于外界氣溫的變化，它還會(huì )受到外界大氣壓變化的影響。再者，玻璃管上的刻度也比較隨意，沒(méi)有建立科學(xué)的溫標劃分，因而使用該溫度計測量溫度時(shí)，不能滿(mǎn)足計量對于標準化和統一化的要求。但無(wú)論如何，伽利略畢竟是應用空氣的熱脹冷縮效應定量測試溫度變化的第一人。他的嘗試，引起了人們對研制溫度計的熱情，這種熱情持久不衰，終于導致了科學(xué)的溫度計的誕生，導致了溫度計量的誕生。

　　伽利略對計量的貢獻還不僅僅于此。1586年，伽利略寫(xiě)成了《小天平》(1655年出版)一書(shū)，敘述了他創(chuàng )制的能夠迅速測量合金成分的流體靜力學(xué)天平。1609年，他發(fā)明了望遠鏡，從而開(kāi)創(chuàng )了天體空間方位精密測試的新紀元；為了否定亞里士多德學(xué)派關(guān)于空氣具有“輕”的性質(zhì)的說(shuō)法，他巧妙地測定了一定體積空氣的重量，從而為大氣壓學(xué)說(shuō)的誕生準備了初步條件。他對計量的最大貢獻在于，他建立了數學(xué)和實(shí)驗相結合的科學(xué)方法，做出了一系列振聾發(fā)聵的科學(xué)發(fā)現，從而導致了近代科學(xué)的誕生。而近代計量是建立在近代科學(xué)基礎之上的，從這個(gè)意義上講，伽利略是近代計量的奠基人。