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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）。
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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。
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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。
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探秘微观世界
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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 。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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哥白尼革命恰当地表现了这一点。在伽利略的时代，伟大的观测天文学家第谷·布拉赫出于对太阳系本质的错误理解，作出了不同于伽利略的错误论断。他支持的是一种古怪的、托勒密体系与新体系的混杂学说，即地球是宇宙的中心，但是其他行星按照哥白尼系统的方式围绕太阳公转（图2-5是一个对比）。第谷体系的宇宙学以观测为基础，但它却不能作出最恰当的解释。比起伽利略的观念，它更符合耶稣会信仰者的图景，因为第谷理论的前提就是地球静止不动——而这正是为托勒密理论所支持、伽利略的观测结果所反对的。[11]
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图2-5 描述宇宙的三种体系：托勒密假定，太阳与月球和其他行星一起围绕地球转动。哥白尼正确地提出，所有行星围绕太阳运动。第谷假定，地球之外的行星围绕太阳运动，而它们与太阳一起共同围绕地球运动。
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伽利略意识到，第谷的解释缺乏宏观考虑，并走上了最为正确的道路。牛顿的夙敌罗伯特·胡克后来注意到，哥白尼体系与第谷体系都符合伽利略的数据，“但从追求世界之美与和谐的角度来看，我们不得不信奉哥白尼的论点”[2] ，这听起来确实更加简洁优美。伽利略追求理论美感的天性使他获得了正确的结论，当牛顿的万有引力定律解释了哥白尼设定的一致性，并预测了行星轨道的时候，伽利略的猜想也最终被证实了。第谷与托勒密的理论终于被终结了——它们是错误的理论，两人的理论都没有被后来的理论所吸纳。与有效理论的情况不同，这些非哥白尼解释并不能作为任何正确理论的近似。
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第谷理论的失败之处在于，它在最初的科学解释中引入了过多的个人主观标准，而这是错误的做法。牛顿力学改变了这种思维方式。科学研究涉及对包含着观测到的结构与相互作用的底层理论及原则的探索。当我们积累了足够多的观测数据时，一个能合理容纳这些观测结果，并能成功预测基础框架的理论就会胜出 。在任何时候，逻辑的作用都是有限的——一些粒子物理学家痛苦地意识到，只有我们正在苦苦等待的那些实验数据，才能最终决定哪些描述宇宙基础本质的理论是正确的。
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伽利略为今日科学家所遵循的基本原理夯实了基础。对由伽利略以及其他前辈科学家所创造理论的理解，让我们对科学的本质以及如今一些物理学家经常提到的主要问题的理解更加深刻，特别是对间接观测与实验如何帮助我们弄清正确物理描述的理解。现代科学建立在这些洞察的基础上——技术的应用、实验、理论以及数学推导，都是对试图构建符合观测结果的理论的尝试。更重要的是，伽利略意识到了构建世界物理描述的所有元素之间的相互关系。
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今天，我们能够更加自由地思考。随着对宇宙的深入探索以及对可能存在的额外维度与平行宇宙（alternative universes）理论的提出，我们从哥白尼革命出发，并将它发扬光大。随着新理念的提出，人类都越发谦卑，不再以自我为中心。我们的猜想最终要由实验与观测来证实或者证伪。
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伽利略引入的间接观测方法，让我们今天能在大型强子对撞机精巧的仪器中看到激动人心的结果。帕多瓦展览最后的环节描述了科学演化到现代的历史进程，甚至介绍了一些有关大型强子对撞机实验的零星片段。我们的向导承认，在这个过程中他完全被弄迷糊了，直到他意识到大型强子对撞机是今天人类发明的、能够探索最小未知尺度的显微镜。
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即使今天我们已经能在极高的精确度上进行实验、建立理论，伽利略对如何设计与解释实验的真知灼见，依旧如洪钟大吕一般在我们的耳旁回响。他的遗泽，那些使用仪器以观测肉眼所不能见的对象，以及他对如何正确使用科学方法的洞见，即以实验来证实或证伪科学理念的方式，至今依旧让我们深深受惠。帕多瓦会议的与会者们在思索，近期将要作出的重大发现以及它们的意义是什么，我们似乎看到了跨越崭新的科学门槛的一道曙光。总之，“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”。
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叩响天堂之门：宇宙探索的历程 [:1700950056]
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叩响天堂之门：宇宙探索的历程
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