作者：管学成,赵骥民
出版社：吉林科学技术出版社
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实验科学的奠基人：伽利略的故事试读：
序言
十一届全国人大副委员长、中国科学院前院长、两院院士放眼21世纪，科学技术将以无法想象的速度迅猛发展，知识经济将全面崛起，国际竞争与合作将出现前所未有的激烈和广泛局面。在严峻的挑战面前，中华民族靠什么屹立于世界民族之林？靠人才，靠德、智、体、能、美全面发展的一代新人。今天的中小学生届时将要肩负起民族强盛的历史使命。为此，我们的知识界、出版界都应责无旁贷地多为他们提供丰富的精神养料。现在，一套大型的向广大青少年传播世界科学技术史知识的科普读物《世界五千年科技故事丛书》出版面世了。
由中国科学院自然科学研究所、清华大学科技史暨古文献研究所、中国中医研究院医史文献研究所和温州师范学院、吉林省科普作家协会的同志们共同撰写的这套丛书，以世界五千年科学技术史为经，以各时代杰出的科技精英的科技创新活动作纬，勾画了世界科技发展的生动图景。作者着力于科学性与可读性相结合，思想性与趣味性相结合，历史性与时代性相结合，通过故事来讲述科学发现的真实历史条件和科学工作的艰苦性。本书中介绍了科学家们独立思考、敢于怀疑、勇于创新、百折不挠、求真务实的科学精神和他们在工作生活中宝贵的协作、友爱、宽容的人文精神。使青少年读者从科学家的故事中感受科学大师们的智慧、科学的思维方法和实验方法，受到有益的思想启迪。从有关人类重大科技活动的故事中，引起对人类社会发展重大问题的密切关注，全面地理解科学，树立正确的科学观，在知识经济时代理智地对待科学、对待社会、对待人生。阅读这套丛书是对课本的很好补充，是进行素质教育的理想读物。
读史使人明智。在历史的长河中，中华民族曾经创造了灿烂的科技文明，明代以前我国的科技一直处于世界领先地位，涌现出张衡、张仲景、祖冲之、僧一行、沈括、郭守敬、李时珍、徐光启、宋应星这样一批具有世界影响的科学家，而在近现代，中国具有世界级影响的科学家并不多，与我们这个有着13亿人口的泱泱大国并不相称，与世界先进科技水平相比较，在总体上我国的科技水平还存在着较大差距。当今世界各国都把科学技术视为推动社会发展的巨大动力，把培养科技创新人才当做提高创新能力的战略方针。我国也不失时机地确立了科技兴国战略，确立了全面实施素质教育，提高全民素质，培养适应21世纪需要的创新人才的战略决策。党的十六大又提出要形成全民学习、终身学习的学习型社会，形成比较完善的科技和文化创新体系。要全面建设小康社会，加快推进社会主义现代化建设，我们需要一代具有创新精神的人才，需要更多更伟大的科学家和工程技术人才。我真诚地希望这套丛书能激发青少年爱祖国、爱科学的热情，树立起献身科技事业的信念，努力拼搏，勇攀高峰，争当新世纪的优秀科技创新人才。
小制作专家
1564年2月15日，是人类科学史上一个极不平凡的日子。这一天，一颗科学巨星从意大利西部海滨城市比萨城冉冉升起。它就是为人类科学做出卓越贡献、被人们誉为实验科学创始人的意大利物理学家、力学家和天文学家伽利略·伽里莱（Galile Galilei，1564—1642）。
伽利略诞生在比萨城一户没落的贵族家庭。他的祖辈曾是佛罗伦萨显赫的贵族，原姓博纳米提，由于被选入贵族院而改姓伽里莱。可后来家道中落，到了伽利略出生时，他的家境已破落得与贫民相差无几。
孩提时期的伽利略是一个极其普通而平凡的小孩，圆圆的面孔、棕色的头发、身材要比同龄人矮小一些。只是两只炯炯有神的大眼睛格外明亮。小伽利略自幼天资聪颖，勤思好问，喜欢与别人辩论，从不满足于大人告诉他的道理，而要去自己探索证明。“为什么”这个词老是挂在他的嘴上，灵活的大脑与精巧的小手，经常忙个不停，好像总有说不完的话、做不完的事。
伽利略的父亲万桑佐，受过良好的教育，是一位多才多艺的音乐师，而且精通数学。他早年在威尼斯从师查里诺，学习音乐理论，后来进入比萨的梅雷特学院，在音乐理论方面具有较深的造诣。他的创造能力在音乐实践中表现突出，对乐器弦的长度和张力做过多次实验，亲手制作了多种乐器，并从中发现了某些数学规律。万桑佐受文艺复兴时期进步思想的影响较大，具有自由思想。他反对按权威来判别是非，对周围事物充满怀疑精神，从不与那些因循守旧者为伍。他的思想和言行对童年和少年时期的伽利略产生了极为重要的影响。
尽管万桑佐具有杰出的音乐和数学才能，但却没能改变他家的生活状况。因为那时数学还未得到应有的重视，比萨大学也没有设专职的数学教授。并且，比萨城也没有人肯花高价聘请音乐师，因此他无法用数学和音乐去换取面包。为了全家人的生活，万桑佐不得不忍痛放弃自己心爱的专业和艺术，而去从事他一窍不通的商业活动，赚钱维持一家人的温饱。他把重振家业的希望寄托在长子伽利略身上。万桑佐决心竭尽全力使他的长子受到良好的教育，以便日后出人头地。
1572年，伽利略8岁时，万桑佐不惜花费一笔相当可观的学费，送他到附近一所条件优越的小学读书。
伽利略自幼有着强烈的求知欲，来到学校读书，对他来说如鱼得水。他如饥似渴地读书，各门功课都学得很好。因此老师们很喜欢他。他还喜欢绘画，爱好音乐，很快就表现出自己的艺术天斌。
夜晚，伽利略常坐在室外观看星星，那高悬天际的明月，那满天闪烁的群星，激起他极大的兴趣，引起他无限的遐思和向往。在他那幼小的心灵里，充满了各种各样奇妙的幻想：月亮离我们有多远？月球世界究竟是什么样？星星为什么会发光？天上的星星有多少？人类所在的地球是否像月亮一样？为此，他常遭到朋友们的嘲笑。他们说：“伽利略又在做梦了。”当然，他的朋友错了。伽利略并没有做梦，他想得很远，他在尝试着去解释自然界各种奇异的现象。
伽利略酷爱大自然，喜欢到大自然中去漫游，去观察，去学习，去作画。郊外那四季更替的风光，一望无际的原野，深深地吸引着他。春天发芽吐绿的芳草，夏日五彩的鲜花，秋季金色的田野，寒冬晶莹的白雪。这些大自然的杰作被他看在眼里，记在心上，并展现在他的画本上，变成一幅幅美妙的图画。伽利略还喜欢画各种小动物，空中飞舞的蝴蝶，水中漫游的鱼儿，在他的笔下化作一幅幅栩栩如生的画面。小朋友们都喜爱他的画，以求得他的一幅画而引以为荣耀。可是，伽利略偏不肯轻易把自己的绘画作品送给别人。
伽利略心灵手巧，不仅画得好，更引以为骄傲的还是他的小制作。大概是受父亲的影响，伽利略从小就喜欢亲手制作。他有极强的观察力和模仿力。空中的飞禽，地面的走兽，行驶的车辆，各式各样的小房子、小机器都成了他小制作的对象。他制作的小房子有可以开关的门窗。他制作的小车，轮子可以转动，他制作的小仪器，不仅能运转，还能把小物品从地上举起来。对他的制作才能，小伙伴们羡慕极了，都称他为小制作专家。
万桑佐为伽利略优秀的学习成绩和多才多艺而高兴。他知道如果任其发展，伽利略可能成为一名画家、音乐家或发明家。他时常考虑应当把孩子引导到哪条道路上去，才能有利于发展他的才能。考虑再三，他认为既高雅报酬又丰厚的职业莫过于医生。因此他决心将伽利略培养成为一名医生。一天，他对伽利略说：“等你长到13岁，我就送你去一所更好一点的学校。在佛罗伦萨附近的瓦朗布罗萨，有一所著名的学校。那里的老师很有学问，能回答你的问题。他们还会帮助你进大学读书。你如果想当医生。就得上大学。”
不久，伽利略家离开比萨，举家迁往佛罗伦萨。伽利略被父亲送进瓦朗布罗萨的一所古老的修道院学校，在那里可以避免儿子把时间花费在小制作和绘画上，在这所宁静幽雅、富有浓郁的宗教气氛的学校里，伽利略开始埋头读书，放弃了以往的一切爱好，不安分的手脚也开始平静下来。他在学习上进步很快，不仅学到了相当丰富的知识，还表现出了杰出的才能，因而得到老师们的赏识。但他们想把他培养成神职人员。伽利略在他们的引导下，也不知不觉地迷上了宗教，渐渐地产生了对僧侣生活的向往和将自己的生命奉献给教会的意向。
万桑佐听说儿子向往宗教，立即慌了。他知道伽利略富于追求真理的精神，根本无法适应教会的清规戒律。再说他也不希望儿子去过清苦的僧侣生活。当然他更害怕伽利略兴家立业、光宗耀祖的希望落空。偏巧，这时候伽利略患眼病需要休学，万桑佐抓住这个机会，毅然将儿子接回家中。他费尽心思与伽利略作了一次长谈，使伽利略放弃了献身宗教的想法。后来他又力劝伽利略学医，尽管伽利略对医学没有兴趣，但是在父亲三番五次的劝说下，最后还是遵从了父亲的意愿。在17岁那年，考入了比萨大学学医。然而伽利略后来从事的研究工作和取得的辉煌成就，竟会与医学毫无关系。
没拿到毕业文凭的大学生
1581年，17岁的伽利略按照父亲的意愿走进了比萨大学医学系的课堂，开始了他的大学生活。
伽利略在比萨大学的头两年中，时刻牢记父亲的嘱托，潜心学医，对教授的讲课也能够细心听讲，学业成绩也相当不错。父亲十分满意。可是随着时光流逝，年龄的增长，明辨是非能力的提高，伽利略对课堂上那种承袭了一千多年的传统教学方法，越来越反感，以至难以忍受。他不理解，为什么教授只会在讲义上和黑板上为人治病，而不去临床上显显身手呢？他对那种死啃书本的学习方式也十分反感。他对同学们说：“如果我们坐在课堂里听教授讲课，不接触病人，甚至不让我们去实际解剖尸体，只能观看教授和助教们的表演，那么，我们怎么能学会治病呢？”这些话同学们听了还认为他是胆大妄为，因为他们从来就没有怀疑过教授们的教学方法。
伽利略不但指责教学方法，而且还怀疑某些教学内容。他在课堂上大胆地向教授们提出疑问：“为什么要这样做呢？倘若我们不用这种方法，而用另外的方法去医治病人，会怎么样呢？”教授们常常被问得哑口无言，只能以敷衍和责备的口气说：“历来就是这样做的，我们只有照办，从来就不问‘为什么’”。对于这种回答，伽利略心中很不服气。时间久了，老师们指责他说：“你问题提得太多了！你只不过是个孩子，应该听我们的话，接受我们的观点。”
16世纪的欧洲大学，无论什么专业，都必须花费大量课时学习亚里士多德的著作。亚里士多德被奉为无所不知的“圣人”。他的著作被看做为一切知识的源泉，被尊奉为“绝对真理”，不容置疑。人们欲求真知，只需到亚里士多德的著作的字里行间去寻找答案。在大学课堂上，只要一个学生敢于对某一问题提出疑问，教授只需引用亚里士多德的一句话，就可以结束争论。起初，步入大学课堂的伽利略和其他同学一样，带着一种崇拜的心情和求知欲望，花费大量精力钻研亚里士多德的著作，希望从中获取真知。但是，他钻研得越多，就越清楚那些“绝对真理”的意义，也产生了更多的怀疑。伽利略发觉亚里士多德的某些结论是推断出来的。这使他感到有些惶惑不解。为什么一个科学原理未经事实验证，亚里士多德就可以得出结论，而断定它是真理呢？他的结论可靠吗？更奇怪的是，为什么经历了一千多年，他的主张都被学者们奉为真理呢？他觉得亚里士多德有些论点未必正确，其中有一些结论是难以令人信服的。于是，他着手收集一些可能是错误的论点。
1583年夏天，一件意想不到的事改变了伽利略的生活道路，影响了伽利略的一生。这就是与宫廷数学家里奇的相识。当时里奇在杜斯干大公宫中任数学教授。这年夏天他随大公及家眷从佛罗伦萨到比萨的行宫度假，并在这里为宫中的孩子们辅导功课。一天，伽利略慕名去拜访他，恰逢里奇正在讲演。伽利略便悄悄地坐在旁边，听里奇关于欧几里得几何学的讲课。听着，听着，他不禁被里奇精彩的讲课和论证迷住了。他讲得那么严谨，那么富于逻辑性。每一步都有根有据地得到证明。这是多么神奇的科学啊！讲课一结束，他就再也按捺不住自己，立刻走上前去，请求里奇指导他学习数学。他从里奇那里借了一大摞数学书，如饥似渴地读起来。他学得那样认真，那样入迷，有时还进行繁杂的计算、推理。他经常废寝忘食，学习到深夜。他还常去请教里奇，所提出的问题很奇特，问得非常有意义。因而很快得到里奇的青睐。里奇发现这个求教的年轻人不是一个普通的医学生，他对数学的兴趣不仅仅是出于好奇，而且有着强烈的追求并具备杰出的颖悟力。他觉得这个具有非凡的智慧的年轻人很有培养前途，因而开始着手系统地教他数学课程。在里奇的指导下，伽利略进步很快。他不仅学得大量数学知识，而且熟读了欧几里得和阿基米德的著作，从数学中领略了一种崭新的思维方法。这为他日后从事科学研究打下了坚实的基础。
当时作为医学生的伽利略，把大部分精力都放在数学、物理学的学习和实验上，对医学的兴趣则日渐减弱，经常缺课，有时在课堂上也心不在焉，藏在他医学教科书下面的是欧几里得和阿基米德的著作。一有空闲他便用自制的仪器进行各种各样的实验。因而他的医学课程则日趋荒废，成绩越来越差，也因此多次受到老师的警告。他还常用他那“锋利的舌头”触犯那些因循守旧的教授。以致他们认为对这种狂妄行为必须加以制裁。他们把伽利略在校表现添油加醋地写信告诉了伽利略的父亲，请他好好管教自己的儿子。于是，万桑佐赶紧警告儿子，要他听教授们的话，不要再与教授发生任何冲突，更不要荒废学业。此后。尽管伽利略很少在课堂上与老师发生争执，但丝毫没有放松对数学和物理学的学习，也没有间断他的物理实验。
一个礼拜日，伽利略来到比萨市中心的一座古老的天主教堂，与教徒们一起默默地做祈祷告。忽然，一阵海风从窗口吹来，大厅内悬挂的吊灯，被风吹得左右晃动、有规律地摆动起来。
吊灯链条的嘀嗒声，惊扰了人们的祈祷。伽利略不由自主地向吊灯望去。
有规律地来回自由摆动的吊灯，激起了他一连串的、与祷告毫不相干的思索。
突然，他跳起身来。在摆动着的吊灯的节奏中，他仿佛遭到了闪电的突然袭击。因为他感觉到那盏吊灯摆动的节奏似乎包含着某种科学秘密。因为尽管吊灯摆动的幅度由大变小，可是它每往返摆动一次所用的时间却同样长。
他的感觉正确吗？如果正确，那么他是发现了奇迹！他不敢相信自己的直觉。他走上前去，推了一下灯，再仔细观察。开始，吊灯摆动的幅度很大，后来逐渐变小。果然摆动幅度无论大小，所用的时间都相同。
他自言自语地说：“教堂里没有钟，但是我不需要钟，我可以数自己的脉搏。”
将右手中指和食指按在左腕的脉搏上计时。一边摸着脉，一边仔细地观察吊灯的摆动。千真万确，每次摆动所用的时间完全相同！
意外的发现引起了伽利略的惊奇和深思。他想，这里面一定有奥妙。如果不是此时的感觉欺骗了自己，也不是一种偶然的巧合的话，那一定是自己发现了大自然的一条科学真理。想到这儿，他抑制不住激动的心情，转身快步走出了教堂大厅。
他决定立刻回家去，马上做一次摆动的实验，弄清是非真假。
回到家里，他连鞋也来不及换，就迫不及待地冲进自己的小房间，找来两根细绳和两块重量相同的铅块。他把两根绳子的上端分别系在不同的厅柱上，并使两根绳子长度相同。绳子的下端分别坠上一个铅块，准备作他的摆动实验。他请他的教父穆契柯·铁达迪做助手，协助他进行这个实验。
他对教父说：“我请您帮我数一数一条绳索的摆次数，我则同时数另一条的。”
铁达迪耸耸肩，看了他一眼，嘴里嘟哝着：“又是一个伽利略的发疯念头！”
教父还是愿意帮这个忙。这个小实验迷请他帮忙做实验这样的事，天知道有多少次了。他打心眼里喜欢伽利略这个心灵手巧的孩子，喜欢他那股子钻研劲儿，没准儿将来会有大出息哩。
铁达迪看着伽利略那急不可待的样子，赶紧点了点头说：“好吧”。
伽利略手里拿起两个铅块，同时拉到距垂直线40厘米的位置，然后同时放开手，两个人分别数了起来，结果两个铅块在相同时间内摆动的次数是一样的，各为100次，并且在相同的时间内到达同样的点上。然后，伽利略又拿起铅块，将一个拉到距垂直线40厘米的位置，另一个拉到距垂直线20厘米的位置，同时放开手，结果在一分钟时间内两个铅块都摆动了86次。
接着，伽利略又改变了一下实验。他想让铅块摆动的速度与他的脉搏跳动一样快。他知道自己的脉搏每分钟跳动70次，现在铅块是每分钟摆动86次，比他的脉搏快。他想：“如果我把绳子放长一些，铅块也许会摆动得慢一点儿。”
他作了实验，证明他的想法是正确的。可是铅块又摆动得比他的脉搏慢了，这说明绳子太长了，他一再进行调整，最后，铅块摆动的速度终于和他的脉搏跳动的速度相同了：铅块每分钟也摆动72次。
实验一结束，伽利略兴奋地拥抱着他的教父，大喊：“我们成功了！”
铁达迪茫然地望着这个欣喜若狂的年轻人。是啊，他哪里知道，伽利略受到教堂摆动的吊灯的启示，发现了摆动的等时性原理。
然而，伽利略的实验并没有到此为止，他要作进一步的实验来研究摆动的规律。于是，他到修理铺、金属匠、木工师傅那里，找来丝线、麻绳、铁链、铁片等物品，又设法搞到了成对的铁球、木球，做成各式各样、不同长度、不同重量的摆。为了使实验结果更准确，他又从朋友那儿借来一只沙钟计时。另外还准备了笔墨纸张，以便及时记录所获得的实验数据。随后，伽利略专心致志地做起实验来。
他使用若干个不同重量、不同摆幅的摆，在相同摆长的条件下，做各种摆动实验。实验结果表明：在相同摆长的条件下，无论摆幅和摆锤的重量怎样变化，其摆动一次所用的时间都是不变的。由此，伽利略得出结论：“摆动的周期与摆的重量无关。”
接着，伽利略又做了大量的长度不同的摆的摆动实验，发现摆长不同，其摆动一次所用的时间也不同。摆的长度越大，摆动一次所有的时间就越长。反之，摆的长度越小，其摆动一次所用的时间则越短。那么，它们之间究竟是一个什么样的关系呢？这是伽利略下一步实验所要解决的问题。
伽利略一边实验，一边记录，一边计算，有时甚至连饭也顾不上吃。为了做一些绳子更长的实验，他不得不爬到院子里的大树上，将坠着摆的细绳吊在最高的树枝上。
经过反复实验，伽利略终于得出结论，发现了摆动的规律，即摆动的周期与摆锤的重量无关，只与摆的长度有关，摆动的周期与摆长的关系可用一个数学表达式加以表述。即摆动的周期与摆长的平方根成正比。因此，对于任何一个给定长度的摆，伽利略都可以准确无误地计算出摆从弧的一端运动到另一端所用的时间。他的惊人的科学发现，受到众人称赞，可他却谦虚地说：“这里面并没有什么神秘的，任何一个人去做这个实验，都会得出同样的结果。”
摆动定律发现以后，伽利略想：到哪儿去发表自己的研究成果呢？他明白自己是没办法将研究成果公之于众的。因为那需要一大笔钱款。再说，也没有哪个书商愿意出版他这个默默无闻的年轻人的论文。考虑再三，伽利略打定主意，决定把他的研究成果转向应用方面。
伽利略发挥自己手工制作的专长，发明制作了一种简易的小仪器“脉搏计”。这个仪器的主要部分是一个小小的摆，利用这个仪器医生可以测定病人在1分钟内脉搏跳动的次数。
伽利略想，“这个仪器会有助于医生工作。”于是拿去给医生看。他向医生们详细介绍了仪器的原理和用法。
果真，医生用这个脉搏计可以快速而准确地测定出病人的脉搏，既方便，又实用，深受医生们的欢迎，伽利略精心制作了几种形式的脉搏计，卖给医生。
脉搏计的发明，使伽利略有机会向比萨大学的教授们讲述自己的发现和发明。他们都认真地听伽利略的讲述，但他们关注的不是摆动定律的发现，而是他那个新颖的、具有实用意义的发明——脉搏计。不过，伽利略倒是因此而出了名。比萨大学人人皆知有个名叫伽利略的年轻发明家。
伽利略还根据摆动的等时性原理，设计了第一台机械摆钟，画出设计图，还写了一份详细报告。后来因为被新的发现所吸引，伽利略未能把他设计的这种摆钟制造出来。但此后不久，荷兰著名物理学家惠更斯根据他的报告，设计制作出世界上第一座有摆时钟。从那时起，伽利略所发现的摆动定律即被用于摆钟的制作之中，近代钟表业亦由此发展起来。人们没有忘记伽利略的功绩，把有摆的时钟称为“伽利略钟”，以此铭记他在这方面的贡献。
伽利略通过吊灯摆动的启示，经过实验，发现了摆动定律，多少年来一直被传为佳话。因为伽利略的摆动实验，不仅揭示了摆动定律，还标志着实验科学的创始。实验科学的出现为近代自然科学的腾飞插上了翅膀，从而大大地促进了自然科学的发展。
脉搏计的应用，使伽利略闻名全校，成为比萨大学的新闻人物。不过人们对此看法不一，有人惊讶，有人不屑一顾，还有少数人将他视为异端。因为伽利略通过实验所证明的道理在亚里士多德的书中没有写。后来，校方对这个爱好做实验的、不安分的、专业成绩不大好的学生，拒绝发给毕业文凭，使伽利略成了人所共知的学医失败者。
没有得到毕业证，意味着他不能成为一名医生。这对于伽利略来说，根本算不了什么，他也不愿意去从事毫无兴趣的医学。他早已下定决心，要用他的毕生精力去从事他所钟爱的数学和物理学的研究和实验。他坚信他会成功的。他准备将来用巨大的成功回报父亲对他的殷切希望，来证明他的选择是正确的。可是想到父亲的嘱托，想起父亲那期待的目光，想起父亲为全家人日夜操劳而逐渐憔悴的面容时，伽利略的心情不免沉重起来。自己没能像父亲期望的那样成为一名医生，这对父亲的打击一定是很大的，回家怎么向老人家交代呢？
回首4年的大学生活，伽利略深有感触地说：“我实在无法忍受做违背自己本意的事，即谎称自己对医学颇感兴趣，而埋藏自己的志向去实现父亲的意愿。结果到头来既不利于发挥自己的才干，也没有实现父亲的愿望”。他为此也付出了巨大的代价，成了一个没拿到医学毕业文凭的大学生。他真后悔当初草率的选择，并且一生都为此深感遗憾。
在逆境中
1585年，伽利略离开比萨大学，回到佛罗伦萨家中。这时他家正处在种种困难和矛盾之中。父亲的店铺生意很久以来一直不景气，全家8口人全靠父亲养活。几个儿女也都长大了，两个女儿已经到了出嫁的年龄，急需为她们准备嫁妆。二儿子表现出音乐才华，学习音乐需要一大笔钱。三儿子喜欢绘画，学绘画也需资不少。一家人的温饱更少不得用钱。为此，万桑佐长吁短叹，忧心忡忡，心情越来越坏，常常无端发火。伽利略的母亲同样地过着不顺心的日子，容易发怒，常常骂人。儿女们又时常争吵。这时，全家人寄予厚望的伽利略，又没有拿到毕业文凭。原指望他能成为一名医生，挣钱养家立业，这个希望也破灭了。万桑佐更是愁上加愁。
伽利略回到家里，把他在学校的情形如实告诉了父亲。并解释说，虽然不能成为医生，但他却爱上了数学。他打算继续学习数学，一定会有所成就的。听了伽利略的话，万桑佐极力控制着自己的愤怒与失望，决意不再送伽利略去学那些他认为无用的知识。于是他强压怒火，劝儿子说，你已经老大不小了，不要再整天沉迷于数学符号和几何图形的梦幻世界里了。家里现在的处境，哪还有钱送你去学习那些无用的知识。还是现实一些，帮我做生意吧。就这样，伽利略只好放弃继续求学的打算，到父亲的店铺里做了一个小伙计。
当了店铺伙计的伽利略，并没有因此而停止他对自然科学的探索。他克服重重困难，继续研究数学和物理学，继续进行各种实验。做生意也心不在焉，常常是身在店铺，心里却时刻都在数学和实验上。因此常遭到父母的斥责。
生活上的困难，事业上的挫折，一度使伽利略陷入痛苦和迷惘之中。在这段日子里，宫廷数学家里奇对逆境中的伽利略给予了极大帮助。里奇看到了这个不安心学医的青年心底蕴藏的创造潜力，经常鼓励这位潦倒的青年继续研究数学，并从中寻找乐趣和希望。他语重心长地对伽利略说：“伽利略，你是一个很有才华的人。忍耐吧，总有一天你会受到别人尊重的。我时常向有学问的朋友提起你。我对他们说你是一位很有培养前途的青年。我和欧洲的数学家通信的时候，也时常提到你。知道你的人比你所想象的还要多。”
里奇四处发信，向各地的数学家朋友极力举荐这个不知名的小人物。他在信上说：“这里有一个青年，我们应当重视他，他总有一天会干成大事业的。”
里奇还劝万桑佐说：“不要粗暴地对待你儿子，他需要时间去思考。他的智慧是你所不能想象的。你要尊重他的选择。他一定能为你带来荣誉，佛罗伦萨也会由于有这个孩子而感到骄傲。”
万桑佐回答说：“这些不过是希望，可是目前我就需要他的帮助。我那儿子呀，已经是二十岁的人了，可是他成天地和尺子、天平、水盆、金属、木块打交道，玩得没完没了，却不知道如何赚钱养活自己。”
的确，在伽利略的小房间里，摆满了各种各样的物件，他常常用它们来做实验。现在他的注意力又转向了物体在水中的重量这一课题。正在研究物体浸入水中时其重量变化规律。
实验中，伽利略像前人一样观察到：两个物体在同一时刻不能处于同一位置。当一物体浸入水中时，它就会排开它进入水中这部分体积相等的水。如果这个物体的体积是1立方米，当它完全浸入水中时便排开1立方米的水。同时这个物体在水中的重量要比它在空气中轻一些。它所失去的重量总是与它所排开的水的重量相等。伽利略熟读了阿基米德的著作，对阿基米德鉴别王冠的故事更是再熟悉不过了。阿基米德验证希洛王的新王冠是否足赤时，正是应用了上述规律。伽利略十分佩服阿基米德的才智。现在重做了类似阿基米德的实验，证实了这个原理的正确性之后，他还从实验中进一步发现，一定量的物体，具有相应的体积。例如1千克铁占据128立方厘米的空间，如果有一块未知的金属，把它在空气中和水中各称量一次，由它在水中所失去的重量，可以得到它排开水的重量，进而根据水的比重可求出它排开水的体积。再用它在空气中的重量去除所求得的体积即可计算出这种未知金属的“比重”，再由计算结果从前人制定的“比重表”中去判断它是哪一种金属。在此基础上，伽利略萌发一个想法：利用这个原理与杠杆原理相结合，制造一种能测定金属的仪器。
伽利略日夜地工作，这种仪器很快就问世了。伽利略把它制造得小巧玲珑，便于携带而又精确实用。他把这架小仪器称为“液体静力天平”。可惜的是液体静力天平的制造方法没能流传下来，实物和结构图都已散失。今天我们已无法弄清它是什么模样了，但从伽利略关于运动的论文可以看出，这台仪器主要利用了杠杆原理。
利用液体静力天平，可以很快测定金属的比重。人们对这台小仪器很感兴趣，经常有人出于好奇，不惜专程远道而来到他父亲的店铺，看他演示这个小发明。还有一些人带了一些金属物品请伽利略当场测定是什么金属制成的。店铺的生意也因此红火起来，伽利略的名声随着液体静力天平而传扬开去，由佛罗伦萨扩散到别的城市。很多人都知道万桑佐有一个十分聪明的儿子。
接着，伽利略又撰写了一篇极有价值的论文《论固体重心》。在文中论述道：“每个物体都有重量，但是物体重量的中心并不一定在该物体的中间部分；如果物体的上部重于底部，物体很容易倒下，我们就说该物体的重心高了；如果物体的底部重，物体就不容易倒下，我们就说该物体的重心低。”他的精辟的论述具有重要的理论意义和实用价值，引起当时科学界的广泛关注。伽利略把他的论文寄给里奇，里奇把它转呈给大公过目。大公看后，非常喜欢，说：“这个青年人很有才华。”
液体静力天平的发明和他的《论固体重心》论文的发表，使他欢欣鼓舞。同时这也为他日后走上比萨大学的讲坛，打下了基础。
25岁的大学教授
伽利略自从爱上数学那一天起，就梦想有朝一日，能像他的老师里奇那样成为一名数学教授。
离开大学以后的几年里，他在里奇的帮助和指导下，在数学的学习上又有了长足的进步。这时，伽利略想走上数学讲坛的愿望更加强烈了。一天，他对他的老师里奇说：“如果我能在讲台上讲述数学和我个人的发现，该多好呀！一个人要怎样才能到大学里去当教授呢？”
里奇心里早已明白伽利略的愿望。他还多次向他在数学界的朋友们推荐他的这个得意门生。不过当时要取得大学教授职位谈何容易，仅有超群的才学是不行的，还必须有显赫的贵族或著名的科学家、政治家推荐。听了伽利略的话，里奇作了一番解释之后，又指点他说：“你除具备任教授的才能外，还必须给有权的贵族、执政的显官和科学家写信，向他们介绍你的成就，使他们相信你是一个有学问的人，得到他们的帮助。”
于是，伽利略四处奔波，发信或亲访名人，请求他们给予关照。
首先对伽利略给予热情帮助的是吉杜巴多侯爵，他是一位很有科学才华的学者。他回信表示对伽利略发明的液体静力天平和他的《论固体重心》论文很感兴趣，对伽利略也十分赏识，答应帮助伽利略在比萨大学谋取一个数学教授的席位。可是这件事需要等待很长的时间，并要得到杜斯干大公爵的支持。因为比萨大学的教授都要由他出面聘请。
这年夏天，伽利略带着他的液体静力天平、里奇与吉杜巴多侯爵的推荐信到杜斯干大公爵的府邸请求接见，在受到多次“挡驾”之后，终于得见大公。大公耐心地听取了伽利略的叙述，虽然并无多大兴趣，但是最后还是答应考虑他的请求。
伽利略期待着杜斯干大公的答复，已经很长时间了，仍然杳无音信。伽利略渐渐有些忍耐不住了，又去请教里奇。里奇鼓励他去和科学家们当面谈谈，以便得到他们的支持。里奇的建议正中伽利略的下怀，他早就想去访问几所大学，结识一些科学界朋友。在得到父亲准许后，伽利略踏上了寻师访友的旅途。
伽利略不辞劳苦，从一个城市旅行到另一个城市，游历了一所又一所大学，得到了多位科学家的热情接待，结交了许多新朋友。更令他兴奋的是在与他们的交谈中，他发觉人们早已知道他的姓名，也了解他发明的脉搏计和液体静力天平，赞赏他的论文《论固体重心》。
他和科学家们很谈得来，甚至和他们中的一些人建立了很深的友谊。
1587年10月，伽利略回到佛罗伦萨家中，等待着大学聘书的到来。等着，等着，等来的却是他的良师益友里奇不幸离开了人世的噩耗。里奇是他的数学的启蒙老师，也是他一生中最难忘的朋友。是里奇领他走上了科学道路，多年来又是里奇给予他许多常人难以想象的无私帮助，使他走出逆境。对于里奇的不幸逝世，伽利略悲痛万分。
1589年夏季，25岁的伽利略终于如愿以偿，获得了比萨大学数学教授的职位。虽然当时人们还不重视数学，数学教授的薪水极为微薄，年薪只有60士库提（约合65美元）。但对于伽利略来说那并不重要，能够从事他心爱的事业才是头等重要的。何况这点薪水也能够养活他自己，他再也不用向他父亲伸手要钱了。伽利略终于在希望的道路上起步了。
伽利略满怀喜悦和自信，再度回到比萨城，回到他度过4年大学生活的比萨大学。
看得出来，比萨大学的教授们对于伽利略的到来并不十分热情。这不仅是因为他过去在比萨大学读书时的不光彩的名声，而且是因为他太年轻，仅仅25岁而又没有大学毕业文凭就同他们一样执鞭任教。
作为大学教授的伽利略，依然像他大学时代那样，敢想敢说，毫无顾忌，对有些问题仍持怀疑态度，尤其是对于亚里士多德的观点敢于怀疑。在学术问题上，他也不断地向那些不负责任的、不学无术的教授们提出问题，争论起来更是唇枪舌剑，常常争得面红耳赤，不欢而散。尤其是他那“锋利的舌头”、暴躁的脾气，弄得那些教授十分窘迫难堪。他们认为伽利略是个狂妄倨傲的后生，目无尊长，不堪共事。而伽利略对这些因循守旧的老教授们也看不惯，认为他们顽固不化，不讲道理。因此伽利略和同事们关系一度很紧张。对于他来说也树敌不少，他们总想伺机报复他。
另外，伽利略不合乎常规的生活方式，也常给自己带来不必要的麻烦。比萨大学有一条规定：教授不论在教室内或在街上，都必须穿长袍。伽利略就是不肯遵守这一条，他认为这条规定荒唐透顶。他坚持说穿长袍妨碍走路。不论身体上或思想上，他任何时候都要自由自在，这就不可避免违反校规。因此屡次被从他微薄的薪金中扣除罚金，并多次受到校方责怪。
作为一位教师，伽利略也不很称职。学生们也并不十分欢迎他。在讲坛上他总是显得咄咄逼人，对于资质迟钝的学生他缺乏耐心，常常看不起他们，不去引导启发，而是讥讽挖苦，出言刻薄，让他们当堂出丑。这些学生当然也不喜欢这个老师，他们有时在课堂上哄他，故意捣乱。有时甚至闹得课上不下去，课后他们还寻衅攻击他。但是那些思路敏捷的学生，却深得伽利略的喜爱。他们一起交谈，讨论问题，有时还一起做实验。
当时，大学里有一条不成文的规定，学生只要向某位教师支付一笔学费，就可以请他辅导自己学习。因此许多教师都通过辅导学生获得一笔相当数量的额外收入。可是由于数学在大学里没有得到足够的重视，很少有人请数学教授辅导。不过伽利略虽然很年轻，资历又浅，但是他的非凡才能却得到一些爱好科学，特别是爱好数学的学生的尊敬和信赖。他们都愿请伽利略做他们的辅导老师。不久，在伽利略的周围就聚集了一些勤奋好学、肯动脑筋的青年人，形成了一个以伽利略为核心的学习小组。伽利略在授课之余，为他们辅导课程，和他们一起讨论问题，还向他们讲述他的科学思想，介绍他的科学实验。因为这个学习小组的成员有来自英国、法国及意大利等各个国家的学生，他们毕业后返回各自的国家，积极传播伽利略的科学思想，从而扩大了伽利略在科学界的影响，也提高了他的知名度。
斜塔上的挑战
伽利略担任比萨大学数学教授，虽然忙于教授数学，但是比起以前来，他对实验工作也丝毫没有放松。他经常利用空闲时间做各种实验。他说他的目的是要用实验来重新检验一下亚里士多德有关科学的学说。伽利略主张，发现真理的道路，不是背诵亚里士多德的著作，而是要通过学习“大自然这本宝书”，要通过实验来检验。
伽利略到比萨大学任教不久，就以大无畏的精神，向当时居统治地位的亚里士多德的物理学原理挑战。亚里士多德有一个论点：不同重量的物体从同一高处下落的速度是不同的，其下落速度与物体的重量成正比。物体重量越大，下落就越快。千百年来，人们从来没有对这个论点怀疑过。可对此，伽利略在脑海里却画了个大大的问号。善于动脑筋的伽利略联想到他的摆动实验，摆不也是从高处落下的重物吗？从自己所作的多次实验看，同长度的摆无论摆锤的重量如何，它从同一高度落到最低点所用的时间却都是相同的。在自己实验的基础上，伽利略认为可能又是亚里士多德弄错了。他想，要解开这个谜，还必须通过实验来证明。
于是伽利略找来各种材料的物体来进行落体实验。伽利略首先站到桌子上，将两个不同重量的物体高举过头，然后同时放开，使重物同时自由落下，结果是距离相等，所用的时间也相等，二者同时落到地面。不过由于坠落距离太短，所用的时间也极短，所以沙钟很难将时间测准，比较起来也不够明显。他想，我需要在高处进行实验，让重物经过距离长一些，才好进行比较。而且需要有人帮助他来做这个实验。于是伽利略找来几个志同道合的学生，从各种高度进行落体实验，多次实验的结果表明：不管物体的重量大小，只要距离相等，其下落所用的时间也相等。为了进一步证实这一论点，伽利略对助手们说：“假如我们到比萨最高的地方去做这个实验，是不是也会得出相同的结果呢？”大家一致赞同。于是他们爬到全城最高的比萨斜塔上去做了这个实验，所得的结论与先前实验的结论是一样的。至此，伽利略十分自信地断定，亚里士多德的论点是不正确的。他还根据实验结果提出自由落体运动的规律。即不同重量的物体从同一高处下落，只要所受空气阻力、风力等相同，那么速度是相同的，会同时落地。
伽利略向教授们指出了亚里士多德关于自由落体运动的论点是不正确的，并提出他的主张。可教授们并不接受他的观点，他们坚持认为亚里士多德肯定是不会错的，倒是伽利略这个初出茅庐的狂妄之徒，不知天高地厚。竟敢说亚里士多德错了，简直是在胡说八道。一位物理教授还怒不可遏地讥讽道：“除了傻瓜外，没有人会相信一片羽毛同一颗炮弹能以同速度通过空间下降。”他声言要揭穿伽利略的荒唐，向伽利略提出挑战，企图使伽利略在众人面前当场出丑。
伽利略愉快地接受了这个挑战，并为这次“表演”而选定了比萨斜塔。
伽利略在校园里贴出了海报：邀请所有对落体运动感兴趣的人到比萨斜塔下去观看现场表演。
指定的日期到了，果然有许多人聚集在比萨斜塔下面。教授们穿着他们的紫色丝绒长袍站在斜塔前。许多学生和市民们则站在他们的后面。大家吵吵嚷嚷，议论纷纷。
伽利略走到前面，首先向现场观众说明了他和亚里士多德关于落体运动所持的不同观点。他举起两个大小不同的铁球，高声说：“请看，这两个球的重量，一个是4.5千克，另一个是0.45千克，按照亚里士多德的观点，它们落下来的速度，重球应该是轻球的10倍。可是我认为，它们下降的速度应该是相等的。若从塔顶把它们同时投下来，两个铁球会同时着地。”这时人群中有人在嘘他，不时爆发出一阵阵嘲弄的哄笑声。伽利略毫不在意，继续说：“你们马上就会看到，我同亚里士多德，究竟是谁说的对！”
伽利略讲完话，把两个铁球装在一个精致的匣子里。这个匣子是伽利略专门为这次实验精心制造的。只要按动一下匣子上面的按钮，匣子的底板即可自动打开，同时放出其中的两个铁球使之同时下落。伽利略把两个铁球装进匣子后，把匣子交给他的学生，他的学生带着这个匣子一步一步爬上斜塔顶层。
预定的时间到了，激动人心的时刻来到了，斜塔前鸦雀无声。人们的目光不约而同地向塔顶望去，只见塔顶那名学生轻轻按动一下匣子上的按钮，两个铁球同时下落，刹那间，似两道平行的闪电，在众目睽睽之下，同时触地。
当人们亲眼目睹重0.45千克和重4.5千克的铁球同时砰然落地时，都有些不敢相信自己的眼睛了。尤其是那些对亚里士多德的理论深信不疑的教授们，更是被实验结果惊得目瞪口呆，嘴里喃喃地说：“不可能！不可能！怎么会是这样呢！”是啊，被人们盲目崇拜一千多年的信条，在几秒钟内竟像肥皂泡一样幻灭了。
伽利略原以为，实验的成功一定会引起人们对他的祝贺和欢呼。
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