開普勒行星運動的三大定律不僅支持了哥白尼的日心說，還啟發(fā)了牛頓在幾十年后發(fā)現(xiàn)萬有引力定律。

不過，牛頓要想發(fā)現(xiàn)萬有引力，僅有開普勒三大定律還不夠，還需要他自己的三大定律。牛頓的三大定律部分歸功于他自己的聰明才智，部分得益于伽利略的發(fā)現(xiàn)。

那么，伽利略到底發(fā)現(xiàn)了什么？我們通常說，他發(fā)明了望遠鏡，然后用望遠鏡發(fā)現(xiàn)了月亮上的環(huán)形山和太陽中的黑子，還發(fā)現(xiàn)了木星的四大衛(wèi)星及土星環(huán)，這是他在天文學(xué)方面的發(fā)現(xiàn)。更加重要的是，伽利略開啟了現(xiàn)代科學(xué)的實驗傳統(tǒng)，并且利用實驗初步建立了現(xiàn)代力學(xué)體系。

牛頓第一定律其實是伽利略發(fā)現(xiàn)的。這條定律認為，任何物體在不受力的狀態(tài)下保持靜止不變或者做勻速運動。這個發(fā)現(xiàn)非常重要，重要到牛頓將它列為力學(xué)的第一定律，又叫慣性定律，這個名字的來源顯然與物體在不受力的情況下保持靜止或勻速的慣性有關(guān)。

為什么說這條定律重要？

首先，它推翻了亞里士多德的認識。亞里士多德認為，一個物體要保持勻速運動，就必須要不斷地受到力量的推動。當然，我們也要原諒亞里士多德，畢竟，在他生活的時代無法排除空氣的阻力。一個物體在空氣中運動會受到阻力，因此為了讓物體不停地運動，我們就得用另一個力來抵消空氣阻力。同樣，我們在騎車、開車時，也需要不斷抵消來自地面和空氣的阻力，所以需要給單車和汽車施加力。

伽利略慣性定律在實驗室里通常是這樣演示的：在一個很長的光滑平板上放一個鐵球，平板下斜時，在重力的作用下鐵球開始滾動；當我們不斷將光滑的平板加長、坡度變小時，鐵球依然保持運動狀態(tài)。而現(xiàn)代技術(shù)幫助我們做了更好的實驗演示：讓一個物體在真空管中運動，就能完美地展示慣性定律了。

伽利略慣性定律實驗

其次，慣性定律幫助伽利略建立了慣性系概念。慣性系是一個參照系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，慣性定律成立。顯然，地面是一個很好的慣性系，因為我們可以在地面上做實驗驗證慣性定律。同樣，勻速運動的高鐵、飛機或者輪船都是慣性系。伽利略在慣性定律的基礎(chǔ)上再加上一條原理——慣性原理，即所有慣性系看上去都是一樣的，沒有區(qū)別。慣性原理非常重要。比如，假如有人將你的臥室搬到一個巨大的飛行器上，無論這個飛行器的速度有多大，只要它是勻速的，在臥室里的你就無法感受到飛行器是否在飛行。

再看另一種情況，當汽車剎車時，汽車的速度在變小，此時坐在汽車里的你會感受到一個向前推的力。這就說明，如果一個參照系不是在勻速運動，我們很快就會感受到自身所受到的作用力。

非勻速運動時的慣性定律實驗

牛頓能夠發(fā)現(xiàn)萬有引力定律，除了得到開普勒三大定律的幫助，也得到了伽利略的幫助，這個幫助是什么呢？就是伽利略對重力的研究。關(guān)于這個研究，很多人都聽說過比薩斜塔實驗。

關(guān)于比薩斜塔實驗，流行的版本是這樣的：伽利略認為，物體在地球重力的作用下，下落的快慢與其質(zhì)量無關(guān)。為了讓反對的人都信服，1589年的一天，比薩大學(xué)青年數(shù)學(xué)講師、年方25歲的伽利略，同他的辯論對手及許多人一道來到比薩斜塔。伽利略登上塔頂，將一個重100磅和一個重1磅的鐵球同時拋下。在眾目睽睽之下，兩個鐵球出人意料地幾乎同時落地。面對這個實驗結(jié)果，在場觀看的人個個目瞪口呆、不知所措。故事聽上去很完美，但后來這個故事受到很多人的質(zhì)疑。有人去比薩斜塔做同樣的實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)質(zhì)量更大的那個鐵球先落地。難道重力加速度與物體質(zhì)量無關(guān)這條著名定律是錯的？當然不是。很簡單，重的鐵球先落地，是因為在空氣中，重鐵球和輕鐵球除了受到重力之外還受到了空氣的阻力，而鐵球受到的空氣阻力不是與質(zhì)量成正比的，所以重的鐵球先落地。

一個更加現(xiàn)代、更加好理解的重力實驗是，在一個真空玻璃管中放一個小鐵球和一根羽毛，然后倒置玻璃管，我們就會看到羽毛和鐵球同時從玻璃管的頂部落到底部。

那么，比薩斜塔實驗的故事到底是真是假？其實，這個故事是伽利略的學(xué)生維維安尼說的。維維安尼在他的著作《伽利略》中提到，他曾經(jīng)聽說伽利略當年在有其他教授、哲學(xué)家和全體學(xué)生在場的情況下，從比薩斜塔的最高層做過多次類似試驗。這樣看來，維維安尼也是聽別人說的，可見這個故事以訛傳訛的成分較多。

無論如何，伽利略發(fā)現(xiàn)了在地球重力的作用下，所有物體向下的重力加速度是一樣的。如今我們知道，這個重力加速度大約是9.8米/秒2。也就是說，1秒之后，一個下落物體的速度會增加9.8米/秒。

這個發(fā)現(xiàn)加上慣性定律，讓伽利略發(fā)現(xiàn)了拋出去的物體的運動軌跡是拋物線。這里要說明一下，盡管古希臘人研究了拋物線，但“拋物線”的原文parabolè并沒有“拋物”的意思，而是“用平面去截”的意思，因為拋物線和橢圓一樣，也是圓錐曲線之一。在伽利略發(fā)現(xiàn)拋出去的物體的運動軌跡是拋物線后，中文里才出現(xiàn)“拋物線”這個翻譯名詞。

伽利略是如何發(fā)現(xiàn)拋出去的物體的運動軌跡是拋物線的呢？一個拋出去的物體，在水平方向上速度不變，因為這個物體在水平方向上不受力（在忽略空氣阻力的情況下）。既然如此，子彈飛出的距離就和它的飛行時間成正比。但是，子彈在垂直于地面的方向上受重力作用，會加速落向地面，因此，子彈在垂直方向上下落的距離與時間的平方成正比。就這樣，伽利略發(fā)現(xiàn)了拋物線。

我們在講開普勒的時候，提到伽利略是開普勒的同時代人。其實，伽利略比開普勒大7歲，開普勒出生于1571年，伽利略出生于1564年。開普勒發(fā)表行星的前兩大定律時是1609年，那時伽利略剛剛制造出望遠鏡，并在第二年發(fā)現(xiàn)了月亮環(huán)形山和很多其他天文現(xiàn)象。

在制造出望遠鏡之前，伽利略早就發(fā)現(xiàn)了慣性定律及慣性原理。在30歲之前，伽利略還研究了自由落體運動、拋射體運動，以及靜力學(xué)和一些建筑學(xué)方面的知識。

除了力學(xué)和天文學(xué)，伽利略還有很多其他發(fā)現(xiàn)，例如，他認為光的速度是有限的，還試圖測量光速。不過，光速實在太快了，他的測量以失敗告終。他發(fā)明了溫度計，利用浮力原理發(fā)明了測量首飾中金銀比例的浮力天平。他還發(fā)現(xiàn)了單擺原理（這個原理與重力有關(guān)），后來這個原理成為制造機械鐘的原理之一。

伽利略奠定了現(xiàn)代科學(xué)的方法論基礎(chǔ)，同時，他的重要發(fā)現(xiàn)也奠定了現(xiàn)代力學(xué)的基礎(chǔ)?？梢哉f，伽利略是現(xiàn)代科學(xué)鼻祖。

當現(xiàn)代科學(xué)崛起的時候，由于日心說、太陽黑子、月亮環(huán)形山等發(fā)現(xiàn)有悖于傳統(tǒng)教會的理論，因此現(xiàn)代科學(xué)不免與宗教發(fā)生沖突。教廷曾因為伽利略相信和宣傳日心說而監(jiān)禁他。

日心說

這位現(xiàn)代科學(xué)的奠基人與教會的矛盾，在他去世300多年后達成了和解：1979年，梵蒂岡教皇保羅二世代表羅馬教廷為伽利略公開平反，認為教廷在300多年前對他的迫害是嚴重的錯誤