一般认为伽利略是现代科学之父,但是这一评价远远没有反映出伽利略的真正伟大,伽利略真正伟大的思想在他死后的很长一段时期里并没有被充分认识和接受,这也说明了这些思想的穿透性。这里谈两个他所提出的重要思想:
1)相对性原理:伽利略认为只有相对运动才有物理意义,他用了一个处于匀速运动的船的观察者和岸上的观察者的例子来说明,船上的那位观察者只有在看到岸时才会意识到船在相对于岸的运动。
牛顿曾经想把这条列在他的力学原理中,但是考虑再三又把他去掉了,因为牛顿认为他的惯性定律能够包含相对性原理的技术问题,而更重要的是,牛顿不能接受一个绝对运动没有意义的物理世界。
在牛顿以后的几百年一直到狭义相对论的问世,物理学界对伽利略的相对性原理的态度是敬而远之,虽然提不出什么反对,但是没有接受。
2)伽利略的另一个重要思想是:他认为物理定律(Laws of Physics)应该对所有惯性坐标系是一样的。
这个思想十分穿透,整个物理学界对此不知所措,他们虽然知道牛顿力学符合这个要求,可能是偶然的吧。
19世纪出现了一位当时最伟大的物理学家,麦克斯韦尔,他在仔细研究了法拉第的电磁学实验数据后写出了著名的麦克斯韦尔方程组,这是电磁学领域里的牛顿力学!
在牛顿之后一百多年人们有了一个时空变换,称为伽利略变换,使用这个变换,牛顿力学的方程是符合物理定律
应该对所有惯性坐标系是一样的这个要求的,但是当人们把麦克斯韦尔方程组使用这个伽利略变换,方程组对惯性坐标系不再协变,即伽利略的这个要求是不对的?!
麦克斯韦尔方程组里有一个代表光速的物理量,既然是速度,那么一定有着一个相对应的坐标系,那么这个方程组背后隐含的坐标系到底是什么呢?当时的人们开始设计各种实验想寻找麦克斯韦尔方程组背后的坐标系,以太。
直到1905年,爱因斯坦在研究了麦克斯韦尔方程组后提出解决方法:
1)相对性原理成立。他说当你让导线在磁场中运动和把磁铁相当于导线运动,就导线中会产生电流这一物理现象有不同吗?换言之,到底是导线在相当于磁场在运动还是磁场在相当于导线在运动是没有意义的,只有它们之间的相对运动才有物理意义,这个意义就是导线中产生了电流。
2)光速在真空中对所有惯性坐标系是不变的。
爱因斯坦认为只要认定了这两条公理,通过修改时空变换,问题都可以解决。
爱因斯坦狭义相对论的这两条公理其实就是伽利略那两个思想的再述,我们可以把狭义相对论的这两条公理用伽利略的语言改写:
1)相对性原理成立;
2)物理定律对所有惯性坐标系不变。
如果物理定律对所有惯性坐标系不变,那么代表电磁力学的麦克斯韦尔方程组对所有惯性坐标系是应该不变的,即麦克斯韦尔方程组里代表光速的那个物理量是常数,这就是为什么爱因斯坦要认为光速是不变的。
总结:
爱因斯坦的狭义相对论的思想完全就是从他那里来的!不仅狭义相对论,爱因斯坦把物理定律对所有惯性坐标系不变这个思想推展到包括非惯性坐标系,由此发展了他的广义相对论,但是这个思想是从伽利略那里来的。
伽利略生活的年代是中国明朝的中晚期,他死于牛顿出生之前,而牛顿出生于1642年,中国明朝是1644年结束的。在他那个技术如此简陋物质十分不丰富的时代,他已经提出了那些极具穿透性带着纲领性的科学思想,说他仅仅是一位现代科学之父,完全是无知。他死后的牛顿不能接受他的思想,坚持认为世界有个绝对的时空,牛顿以后几百年里的科学家们一直追随着牛顿的这个错误思想,直到爱因斯坦。爱因斯坦做的不就是在说,伽利略是对的吗?这时的世界已经是伽利略死后几百年了,所以伽利略才是现代科学的精神教父。