1700950810
1700950811
1700950812
1700950813
图2-3 对于确定外在的实在性，人的视觉并不总是最可靠的途径。这里的两个棋盘完全相同，然而右边棋盘上的许多小点让这些棋盘的格子看起来非常不同。
1700950814
1700950815
怀疑抽象结论、相信眼见为实是出于人的本能，而科学给我们上了一课，告诉我们如何超越这种人类与生俱来的倾向。使用自己设计的仪器进行测量要比肉眼观测更值得信赖，而且我们可以通过多次重复实验的方法来核实、改进它。
1700950816
1700950817
1611年，教会通过了关于承认间接测量有效性的决议。如汤姆·列文森（Tom Levenson）在其著作《以尺量尺》（Measure for Measure ）[1] 中所提到的，教会的科学事务当权者们必须确定望远镜的观测结果是否值得信赖。红衣主教罗伯特·贝拉明（Robert Bellarmine）推动教会学者们来决议这个话题，1611年3月24日，教会的4名首席数学家一致认为伽利略的发现是有效的——望远镜的观测结果精确且值得信赖。
1700950818
1700950819
帕多瓦大学赠送给我的另一枚黄铜纪念章之上，精美地镌刻着伽利略核心思想的本质。其中一面是介绍1609年，伽利略向当时的威尼斯政府机构以及总督李奥纳多·多纳（Leonardo Dona）介绍望远镜的画面；另一面是一段致辞，大意是：这个事件“标志着近代天文望远镜的诞生”，开启了“人类向地球之外星空探索的革命性事业”，是“跨越天文学时代的一个历史性时刻，使它成为近代科学的起点”。
1700950820
1700950821
伽利略对观测方式的贡献直接导致了后续一系列爆炸性的科学进展。在他不断仰望星空的过程中，伽利略发现了肉眼所不能及的一些新事物。比如，他发现了昴星团（Pleiades）以及茫茫星空中一系列人们从未见过的恒星，它们散布在我们已知的亮度更高的恒星之间。1610年，他在《星辰信使》（Starry Messenger ）中发表了观测结果，这本书于6个星期之内匆匆写就。在印刷工人处理他手稿的时候，伽利略匆匆完成了研究工作，并且希望作为首位出版有关望远镜书籍的人，得到时为意大利托斯卡纳区（Tuscany）大公科西莫二世·德·美第奇（Cosimo II de’Medici）的关注与支持——这位大公是当时意大利最富有的家族中的一员。
1700950822
1700950823
伽利略那见解深刻的观测手段，促使一系列科学成就如雨后春笋般地涌现出来。他采用不同的看待问题的方式，即关注“如何做”而非“为何”。那些只有通过望远镜才能发现的观测细节，让他得出了一些激怒罗马教廷的推论。这些结果使他确信哥白尼的理论是正确的。于伽利略而言，唯一能支持他所有观测结果的世界图景必须建立在如下宇宙学假设之上：太阳而非地球才是我们所处星系的中心，而所有已知行星都围绕着太阳公转。
1700950824
1700950825
对木星卫星的观测在这些观测中是最重要的。伽利略观测到，这些卫星时隐时现，在其轨道上围绕木星这颗巨行星公转。在获得这个发现之前，地球固定不动似乎是唯一能解释为什么月球的公转轨道恒定不变的假说。对木星卫星观测的发现意味着，即便木星（相对地球）是运动着的，也并不妨碍它的卫星绕之公转。这便为地球可能处于运动状态，甚至以一个独立的天体为中心在公转，提供了可能性。这些可能现象最终被牛顿的万有引力理论及其对天体之间引力的预测所解释。
1700950826
1700950827
为了表达对科西莫二世·德·美第奇的敬意，伽利略给木星的卫星命名为“美第奇星”，而前者在不久之后进一步阐述了他对资助的理解——这也是近代科学的一个关键方面。美第奇家族确实决定了支持伽利略的研究。然而，在伽利略被佛罗伦萨城授予终生资助对象不久之后，那些卫星被重新命名为“伽利略星”，以表达对其发现者伽利略的敬意。
1700950828
1700950829
伽利略还使用望远镜观测月球表面的山谷与沟壑。在他之前，人们普遍认为，宇宙作为天堂的象征，是完全不变、被绝对稳定的规律所驾驭的。在此之前，源于亚里士多德的盛行观念认为，虽然从地球到月球之间的一切都是有缺陷而易变的，但出于其神性，地球之外的天体是永恒不变的球体。彗星与流星被视作像风和云一样的气象现象，术语“meteorology”（气象学）就起源于此。伽利略详尽的观测结果暗示了，不完美性不仅仅在人类以及月球之间的领域存在着。月球并非一个完美的光滑球体，实际上它与地球的形状十分相似，这超乎人们的想象。由于对月球的这些粗略探索，关于月球到底属于人间独有还是天体的疑问顿时处在风口浪尖之上。地球不再具有独一无二的地位，它只是一个与其他天体没什么两样的普通天体。
1700950830
1700950831
艺术史学家约瑟夫·柯纳（Joseph Koerner）向我解释，伽利略的艺术背景使他能够根据光线和阴影来分辨月球上的环形山。伽利略受过的有关透视画法的训练，使他得以理解他所看到的那些突起物。即使它们并非完整的三维图景，伽利略也立即意识到了这些图景背后的意义。他并非意在绘制月表地图，而是想弄清楚月球的结构；而当看到这些图案的时候，他立即就理解了。
1700950832
1700950833
支持哥白尼论断第三重要的结论是对金星方位的观测，如图2-4所示。这些观测结果对于断定天体是否围绕太阳运行极为重要。从这个意义而言，地球与其他行星没什么两样——金星显然并不围绕地球公转。
1700950834
1700950835
1700950836
1700950837
1700950838
图2-4 伽利略对金星方位的观测证实了它也围绕太阳公转，而这证伪了托勒密体系（Ptolemaic system）。
1700950839
1700950840
从天文学的角度来看，地球并不特殊。其他行星与地球一样，像卫星围绕着它们转动一样，各自围绕太阳公转。此外，即便是地球之外的事物也并非完美无缺。地球的“缺憾”显然是人类刻意丑化的结果。伽利略发现，即便是太阳也有“污点”——太阳黑子。
1700950841
1700950842
1700950843
1700950844
1700950845
应用这些观测结果，伽利略最终作出了他著名的论断。“地球并非宇宙的中心，地球围绕太阳公转，地球并非宇宙的焦点”——伽利略如此写下这些激进的观点。他用这种方式来对抗教会，即便他后来为了减轻刑罚为监视居住，而宣称自己反对哥白尼主义。
1700950846
1700950847
探秘微观世界
1700950848
1700950849
伽利略对宇宙在大尺度上的观测与推理的贡献人所共知，而这还不足以描绘他的全部，他也彻底提升了我们对小尺度上事物的认知能力。伽利略意识到，中间仪器可以如其在大尺度上的作为一样，向我们揭示小尺度上的现象，由此他在两个领域内各自拓展了其边疆。在他著名的天文学研究之外，伽利略还继续发展了其技术以探索微观世界 。
1700950850
1700950851
我在帕多瓦城圣加埃塔诺展览的向导是一位年轻的意大利物理学家米歇尔·多罗（Michele Doro），当他肯定地告诉我是伽利略发明了显微镜时，我感到一丝惊奇。
1700950852
1700950853
我得说，在意大利之外，大家普遍认为显微镜由荷兰人发明，争论之处仅在于发明者到底是汉斯·利伯希还是扎卡赖亚斯·詹森（Zacharias Janssen）或其父亲。望远镜到底是不是由伽利略发明的无关紧要（实际上几乎不可能由他发明），而显微镜确实是由他发明构造，并使用它来观测微小尺度上的事物。有了它，我们自此可以在以前所不能达到的精度上观察昆虫。
1700950854
1700950855
从他写给朋友与同行们的信件中，我们了解到伽利略是第一个写下有关显微镜细节及其潜力的人。这个展览展出了记载着应用伽利略的显微镜可以观察到事物的第一本出版物——这要追溯到1630年，弗朗西斯科·斯泰卢蒂（Francesco Stelluti）对蜜蜂进行的详尽研究。
1700950856
1700950857
这个展览还指出了，伽利略研究过骨骼，探究了在尺度发生变化的情况下，它们的结构特性会发生什么改变。显然，在他的各种其他洞见之外，伽利略还明确地知道了尺度的重要性。
1700950858
1700950859
总之，这个展览确信无疑地展现了伽利略对科学方法与目标的理解——定量研究、可预测性、试图描述确定事物的概念性框架，这些都以精确的规律为指导原则。当这些规则可以提供经过充分验证的对世界的预测时，它们就可以用来预测未知现象。科学家们试图找到能解释所有观测现象的最合理理论。