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GALILEO


GALILEO

[166]

continually  applied.  From  this  it  fol­

lowed,  according  to  some  medieval  phi­

losophers,  that  the  heavenly  bodies, 

which  were  continually  moving,  had  to 

be pushed along by the eternal labors of 

angels.  A few even used such arguments 

to  deduce  the  existence  of  God.  On  the 

other  hand,  some  philosophers  of  the 

late Middle Ages,  such as Buridan [108], 

held  that  constant  motion  required  no 

force  after  the  initial  impulse.  By  that 

view  God  in  creating  the  world  could 

have given  it  a  start  and  then  let  it  run 

by  itself  forever  after.  If  a  continuous 

force  were  applied,  said  these  philoso­

phers,  the  resulting  motion  would  be­

come ever more rapid.

Galileo’s  experiments  decided  in  favor 

of this second view and against Aristotle. 

Not only did the velocity of a falling ball 

increase  steadily  with  time  under  the 

continuous pull of the earth, but the total 

distance  it  covered  increased  as  the 

square of the time.

He  also  showed  that  a  body  could 

move  under  the  influence  of  two  forces 

at  one  time.  One  force,  applying  an  ini­

tial  force  horizontally  (as  the  explosion 

of  a  gun),  could  keep  a  body  moving 

horizontally  at  a  constant  velocity.  An­

other force, applied constantly in a verti­

cal  direction,  could  make the same  body 

drop  downward  at  an  accelerated  veloc­

ity.  The  two  motions  superimposed 

would  cause  the  body  to  follow  a  para­

bolic curve.  In this way Galileo was able 

to make a science out of gunnery.

This  concept  of  one  body  influenced 

by  more  than  one  force  also  explained 

how  it  was  that  everything  on  the  sur­

face  of  the  earth,  including  the  atmo­

sphere,  birds in flight,  and  falling stones, 

could  share  in  the  earth’s  rotation  and 

yet maintain their superimposed motions. 

This  disposed  of  one  of  the  most  effec­

tive  arguments  against  the  theories  of 

Copernicus  [127]  and  showed  that  one 

need  not  fear  that  the  turning  and  re­

volving  earth  would  leave  behind  those 

objects not firmly attached to it.

(Galileo’s  proofs  were  all  reached  by 

the  geometric  methods  of  the  Greeks. 

The  application  of  algebra  to  geometry 

and the discovery of infinitely more pow­

erful  methods  of  mathematical  analysis

than  those  at  Galileo’s  disposal  had  to 

await Descartes [183] and Newton [231]. 

Yet  Galileo  made  do  with  what  he  had 

and his discoveries marked the beginning 

of  the  science  of  mechanics  and  served 

as  the basis a century later for the  three 

laws of motion propounded by Newton.)

In his book on mechanics  Galileo  also 

dealt  with  the  strength  of  materials, 

founding  that  branch  of  science  as  well. 

He was the first to show that if a struc­

ture  increased  in  all  dimensions  equally 

it  would  grow  weaker—at  least  he  was 

the  first  to  explain  the  theoretical  basis 

for  this.  This  is  what  is  now  known  as 

the  square-cube  law.  The  volume  in­

creases  as  the cube  of linear  dimensions 

but  the  strength  only as  the  square.  For 

that  reason  larger  animals  require  pro­

portionately sturdier supports  than small 

ones. A  deer expanded  to  the  size  of an 

elephant  and  kept  in  exact  proportion 

would collapse. Its legs would have to be 

thickened  out  of  proportion  for  proper 

support.

The success  of Galileo  and his succes­

sors,  particularly  Newton,  in  accounting 

for  motion  by  pushes  and  pulls 

(“forces”)  gave  rise  to  the  thought  that 

everything  in  the  universe  capable  of 

measurement  could  be  explained  on  the 

basis  of pushes  and  pulls  no  more  com­

plicated  in  essence  than  the  pushes  and 

pulls  of  levers  and  gears  within  a  ma­

chine.  This  mechanistic view of  the  uni­

verse was to gain favor until a new revo­

lution  in  science  three  centuries  after 

Galileo  showed  matters  to  be  rather 

more  complicated  than  the  mechanists 

had assumed.

Yet  Galileo  was  reluctant  to  de­

nounce  Aristotelian physics  too  publicly. 

He  waited  for  a  safe  opportunity  to  do 

so  and  this  came with  the  nova  of  1604 

(the  one  usually  associated  with  Kepler 

[169]).  Galileo  used  the  nova  to  argue 

against the Aristotelian notion of the im­

mutability of  the  heavens  and,  by  impli­

cation,  against the Aristotelian view gen­

erally.


Galileo’s work made him unpopular at 

Pisa and he moved to a better position at 

Padua,  in  Venetian  territory.  (Venice 

was  a  region  of  considerable  intellectual 

freedom at that time.)  The new position

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paid three times the salary of the old one 

—though  Galileo  lived  gaily  and  gen­

erously  and  was  always  in  debt  anyway. 

He  was  always  in  trouble,  too,  for  he 

made  himself  unpopular  with  influential 

people.  He  had  a  brilliant  and  caustic 

wit and he could not resist using that wit 

to  make  jackasses—and  therefore  bitter 

enemies—of  those  who  disagreed  with 

him.  Even  as  a  college  student,  he  had 

been  nicknamed  “the  wrangler”  because 

of  his  argumentativeness  and  noncon­

formity.  He  even  refused  to  wear  aca­

demic robes, though this cost him several 

fines.  Besides  he  was  so  brilliant  a  lec­

turer  that  students  flocked  to  hear  him, 

coming in numbers as high as two  thou­

sand, according to a possibly exaggerated 

report,  while  his  colleagues  mumbled 

away in empty halls,  and nothing will  in­

furiate  colleagues more than that.

In  Padua,  Galileo  was  corresponding 

with  Kepler,  and  in  this  correspondence 

he  admitted,  as  early  as  1597,  that  he 

had  come  to  believe  in  the  theories  of 

Copernicus,  though  he  prudently  re­

frained  for  a while  from  saying  so  pub­

licly.  The  execution  of  Bruno  [157]  in 

1600  must  have  encouraged  Galileo  to 

continue refraining.

In 1609, however, he heard that a mag­

nifying  tube,  making  use  of  lenses,  had 

been  invented  in  Holland.  Before  six 

months  had  passed,  Galileo  had  devised 

his  own  version  of  the  instrument,  one 

that  had  a  magnifying  power  of  thirty- 

two.  He  could  adjust  it  in  reverse,  to 

serve  as  a  microscope,  and  he  observed 

insects  by  this  means.  However,  it  was 

as  a  telescope  that  he  made  best  use  of 

it.  He  turned  it  on  the  heavens.  Thus 

began the age of telescopic astronomy.

Using his telescope Galileo  found  that 

the  moon  had  mountains  and  the  sun 

had spots, which showed once  again that 

Aristotle was wrong in his thesis that the 

heavens  were  perfect  and  that  only  on 

earth was there irregularity and  disorder. 

Tycho  Brahe  [156]  had  already  done 

that  in  his  studies  on  his  nova  and  his 

comet,  and  Fabricius  [167]  had  done  it 

in  his  studies  of  a  variable  star,  but 

Galileo’s findings  attacked the  sun  itself.

(Other astronomers discovered the sun­

spots at  almost the same time  as Galileo

—for indeed,  very large spots can  some­

times  be  made  out  with  the  naked  eyes, 

when  the  sun’s  brilliance  is  dimmed  at 

the  horizon,  or  by  mist—and  there  was 

wrangling  over  priority,  which  made 

Galileo additional enemies.  Galileo, how­

ever, whether he had  priority in  the  dis­

covery or not,  did more than merely see 

the spots. He used them to show that the 

sun rotated about its axis in twenty-seven 

days,  by  following  individual  spots 

around  the sun.  He  even determined  the 

orientation of the sun’s axis in that fash­

ion.  (Nor  did  Galileo  get  off  scot-free. 

His  studies  of the sun damaged his  eyes, 

which  had  already  suffered  from  infec­

tions  in  his  youth,  and  in  old  age  he 

went blind.)

The  stars,  even  the  bright  ones,  re­

mained  mere  dots  of  light  in  the  tele­

scope,  while  the  planets  showed  as  little 

globes.  Galileo  deduced  from  this  that 

the  stars  must  be  much  farther  away 

than  the  planets  and  that  the  universe 

might be indefinitely large.

Galileo  also  found  that  there  were 

many  stars  in  existence  that  could  be 

seen by telescope  but  not  by  naked  eye. 

The  Milky  Way  itself  owed  its  luminos­

ity  to  the  fact  that  it  was  composed  of 

myriads of such stars.

More  dramatically,  he  found  that  Ju­

piter  was  attended  by  four  subsidiary 

bodies,  visible  only  by  telescope,  that 

circled  it  regularly.  Within  a  few  weeks 

of  observation  he  was  able  to  work  out 

the  periods  of  each.  Kepler  gave  these 

latter  bodies  the  name  of  satellites  and 

they  are still known  as  the  Galilean  sat­

ellites.  They  are  known  singly  by  the 

mythological names of Io,  Europa,  Gan­

ymede,  and  Callisto.  Jupiter with its  sat­

ellites was  a model  of a Copemican  sys­

tem—small bodies circling a large one. It 

was  definite  proof  that  not  all  astro­

nomical bodies circled the earth.

Galileo  observed  that  Venus  showed 

phases  entirely  like  those  of  the  moon, 

from full to crescent, which it must do if 

the  Copemican  theory  was  correct.  Ac­

cording  to  the  Ptolemaic  theory  Venus 

would  have  to  be  a  perpetual  crescent. 

The  discovery  of  the  phases  of  Venus 

definitely  demonstrated,  by  the  way,  the 

fact  that  planets  shine  by  reflected  sun­

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GALILEO

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light.  Galileo  discovered  that  the  night 

side  (that  is,  the  dark  portion)  of  the 

moon  when  the  moon  was  less  than  full 

had  a  dim  glow,  which  he  explained  as 

caused by light  shining upon  it from  the 

earth  (earthshine).  It had been seen  be­

fore  but  had  been  explained  otherwise. 

Poseidonius  [52]  thought  it  was  sunlight 

shining  through  a  partly  transparent 

moon.  Reinhold  [143]  thought  the 

moon’s  surface  was  phosphorescent. 

Earthshine  showed  that  earth,  like  the 

planets,  gleamed  in  the  sun,  and  re­

moved  one  more  point  of  difference  be­

tween the earth and the heavenly bodies.

All  these  telescopic  discoveries  meant 

the  final  establishment  of Copernicanism 

more  than  half  a  century  after  Coper­

nicus had published his book.

Galileo  announced  his  discoveries  in 

special numbers of a periodical he called 



Sidereus  Nuncius  (“Starry  Messenger”) 

and  these  aroused  both  great  enthusiasm 

and profound anger. Aged Venetian aris­

tocrats  clambered  to  the  top  of  a  tower 

in  order to look through one  of his tele­

scopes  and  see ships,  otherwise  invisible, 

far out at sea. He was the best lensmaker 

in  Europe  at  the  time  and  built  a  num­

ber  of  telescopes.  He  sent  them  all  over 

Europe  (one  reaching  Kepler)  so  that 

others  might  confirm  his  findings.  Both 

Venice  and  Florence  offered  him  lucra­

tive  positions.  To  the  annoyance  of  the 

Venetians,  Galileo  chose  to  travel  to  his 

beloved Florence.

Galileo  visited  Rome  in  1611,  where 

he  was  greeted  with  honor  and  delight, 

though  not  everyone  was  happy.  The 

thought  of  imperfect  heavens,  of  invisi­

ble  objects  shining  there,  and,  worst  of 

all,  of  the  Copemican  system  enthroned 

and  the  earth  demoted  from  its  position 

as  center  of  the  universe  was  most  un­

settling. Galileo also rather unwisely ven­

tured to write a book giving his views on 

the  Bible  and  generally  discussing  theo­

logical  subjects  to  the  offense  of  theolo­

gians.  Galileo’s  conservative  opponents 

persuaded Pope Pius V to declare Coper­

nicanism  a  heresy,  and  Galileo  was 

forced into silence in  1616.

Intrigue  continued.  Now  Galileo’s 

friends,  now his enemies seemed  to  have 

gained  predominance.  In  1632  Galileo

was  somehow  persuaded  that  the  pope 

then reigning  (Urban VIII)  was friendly 

and  would  let  him  speak  out.  He  there­

fore  published  his  masterpiece,  Dialogue 



on  the  Two  Chief  World  Systems,  in 

which  he had  two people,  one represent­

ing  the  view  of  Ptolemy  [64]  and  the 

other  the  view  of  Copernicus,  present 

their arguments before an intelligent lay­

man.  (Amazingly  enough,  despite  his 

long  friendship  with Kepler,  Galileo  did 

not mention Kepler’s modification of Co­

pernicus’  theory,  a  modification  that 

improved  it  beyond  measure—but  then, 

Kepler’s  work  was  appreciated  by  virtu­

ally no one at the time.)

Galileo of course gave the  Copemican 

the brilliant best of the  battle.  The pope 

was  persuaded  that  Simplicio,  the  char­

acter  who  upheld  the  views  of  Ptolemy 

in the book, was  a deliberate  and  insult­

ing caricature  of himself.  The  book  was 

all the more damaging to  those who felt 

themselves  insulted,  because  it  was  writ­

ten  in  vigorous  Italian  for  the  general 

public  (and  not  merely  for  the  Latin- 

learned  scholars)  and  was quickly trans­

lated  into  other  languages—even  Chi­

nese!

Galileo  was  brought  before  the  Inqui­



sition  on  charges  of  heresy  (his  indis­

creet  public  statements  made  it  easy  to 

substantiate the charge)  and on June 22, 

1633,  was  forced  to  renounce  any views 

that were  at variance with the Ptolemaic 

system.  Romance  might  have  required  a 

heroic  refusal  to  capitulate,  but  Galileo 

was nearly seventy and he had the exam­

ple of Bruno to urge him to caution.  He 

recanted  and  was  condemned  to  a  pen­

ance  of  psalm  recitations  each  week  for 

three  years—and,  of  course,  to  refrain 

from further heresy.

Legend  has it  that  when he  rose  from 

his knees,  having completed  his renunci­

ation,  he  muttered,  “Eppur  si  muove!” 

(“And  yet  it  moves,”  referring  to  the 

earth.)  This was indeed the verdict given 

by  the  world  of  scholarship,  and  the 

silencing  of  Galileo  for  the  remaining 

few  years  of  his  old  age  (during  which 

—in  1637—he  made  his  last  astro­

nomical discovery, that of the slow sway­

ing  or  “libration”  of  the  moon  as  it 

revolves)  was  an  empty  victory  for  the

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FÀBRICIUS

KEPLER

[169]

conservatives.  When  he  died  they  won 

an  even  shallower  victory  by  refusing 

him burial  in consecrated  ground.

The  Scientific  Revolution  begun  with 

Copernicus had been  opposed for  nearly 

a  century  at  the  time  of  Galileo’s  trial, 

but by then the fight was lost.  The revo­

lution  not  only  existed,  but  had  pre­

vailed,  although,  to  be  sure,  there  re­

mained  pockets  of  resistance.  Harvard, 

in  the  year  of  its  founding  (1636),  re­

mained  firmly  committed  to  the  Ptole­

maic  theory.

Galileo’s  Dialogue  was  not  removed 

from  the  Roman  Catholic  Index  of pro­

hibited  books  until  1835.  In  1965,  Pope 

Paul  VI,  on a visit to  Pisa,  spoke highly 

of  Galileo— an  even  clearer  admission 

that on this issue the church had been in 

the wrong.

[167]  FABRICIUS, David (fa-brish'- 

ee-us)

German astronomer



Born:  Esens,  Ostfriesland,  March

9,  1564


Died: Osteel, Ostfriesland,  May 7, 

1617


The surname  is  a  Latinized  version  of 

Goldschmidt.  Fabricius,  a  Protestant 

minister,  was  a  friend  of  Tycho  Brahe 

[156]  and  Kepler  [169],  He  was  one  of 

the first to join Galileo  [166] in using the 

telescope  for  astronomical  research  but 

he  could  never  bring  himself  to  accept 

Kepler’s  elliptical  orbits.  He  insisted  on 

Plato’s  [24]  circles.

His  best-known  discovery  came  in  the 

time  of  naked-eye  astronomy,  for  in 

1596 he observed a star that Bayer [170] 

later named  Omicron  Ceti  and  found  to 

show  periodic  variations  in  brightness. 

Hevelius  [194],  a  half  century  later, 

named it Mira  (“wonderful”). It was the 

first  variable  star  to  be  discovered.  The 

mere  existence  of  a  star  varying  in 

brightness  was  another  blow  to  the  or­

thodox  Aristotelian  view  that  the 

heavens were perfect and unchanging.

Fabricius  was  murdered  by  one  of his 

parishioners,  who was  apparently  a  thief 

and  whom  Fabricius  had  threatened  to 

expose.

[168]  LIPPERSHEY, Hans (lip'er-shee) 



German-Dutch optician 

Born:  Wesel, Germany, about 

1570


Died:  Middelburg, Netherlands, 

about  1619

Lippershey  was  a  lens  grinder  who 

sold spectacles,  the one device  for which 

lenses  were  commonly  used  in  those 

days.  One of his apprentices, while pass­

ing  away  an  idle  moment  in  1608, 

adjusted  two  lenses  before  his  eyes  and 

found that distant objects seemed closer.

Startled,  he  told  Lippershey,  who 

mounted  such  lenses  in  tubes  and  at­

tempted  to  sell  them  (the  first  tele­

scopes)  to  the  Dutch  government.  Rec­

ognizing  the  use  of  the  instrument  in 

warfare,  the government tried to  keep  it 

secret. Hearing rumors of such  a  device, 

however,  Galileo  [166]  in  Italy  quickly 

constructed  one  and  turned  it  upon 

the  heavens,  revolutionizing  astronomy 

rather than warfare.

[169]  KEPLER, Johann

German  astronomer 



Born:  Weil  der  Stadt,  Württem­

berg, December 27,  1571 



Died:  Regensburg,  Bavaria,  No­

vember  15,  1630

In his youth, Kepler, the son of a  pro­

fessional  soldier  (who  deserted  his  fam­

ily)  and  grandson  of  a  man  who  had 

served  as  mayor  of  the  family’s  home­

town,  was  cursed  with  a  sickly  consti­

tution.  An  attack  of  smallpox,  when  he 

was  three,  crippled  his  hands  and  weak­

ened his eyes. This made it necessary for 

him to have a religious education,  for he 

seemed  fit  for  no  post  more  strenuous 

than that of minister.

He  studied  at  the  University  of  Tü­

bingen, where he was scapegoated by the 

other  students,  and  where  he  was  con­

verted  to  Copernicanism.  He  graduated 

in  1588  and  earned  a  master’s  degree  in 

1591.  His  brilliance  in  mathematics  was 

soon  recognized,  and  by  1594  all 

thought  of  the  ministry  was  abandoned 

and  he  was  teaching  science  at  the  Uni­

versity  of  Graz  in  Austria.  In  1597,  he

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[169]

KEPLER


KEPLER

[169]

married  and  in  this  way  eventually 

gained  five  children  and  fourteen  years 

of unhappiness.

There was a strong strain of mysticism 

in  Kepler.  An  astronomy  professor  in 

those  days  was  expected  to  cast  horo­

scopes,  and  Kepler  threw  himself  into 

that form of work.  He was  no faker but 

studied  the  Greek  astronomers  carefully 

in an attempt to make a real science out 

of  astrology  as  Cardano  [137]  had  done 

nearly a century before. In this he failed, 

as  Cardano had.

Again  like  Cardano,  Kepler  attempted 

to  use  astrological  techniques  to  solve 

biblical  mysteries.  He  tried  to  work  out 

the  date  of  creation,  for  instance,  and 

found it to  be  3992 

b

.



c

.

In  later  life  Kepler  seemed  rather 



apologetic about his ability as an astrolo­

ger,  but  there is  no  question  that  it  was 

more  valued  by  his  patrons  than  his 

achievements  in  science.  He  cast  horo­

scopes  for  Emperor  Rudolf  and  in  later 

years  for  the  imperial  general,  Albrecht 

von  Wallenstein,  earning  him  their  pro­

tection,  although  he  was  a  Protestant 

and  the  times  were  those  of  the  Thirty 

Years’  War,  during  which  religious  ha­

treds were strong.

In  1598  religious  disputes  (well  in  ad­

vance  of  the  climactic  quarrel  of  the 

Thirty  Years’  War)  were  intense  in 

Graz,  and  Kepler  felt  it  advisable  to 

leave.  He  accepted  a  position  at  Prague 

with  the  aged  Tycho  Brahe  [156],  with 

whom  he  had  been  in  correspondence 

for some time. On Tycho’s death in  1601 

Kepler inherited  the invaluable data  that 

the  older  man  had  collected  over  the 

years,  including  his  careful  observations 

of  the  apparent  motion  of  the  planet 

Mars.


Kepler set about trying to devise a sys­

tem of the heavens based on these obser­

vations.  He  was  spurred  on  by  the  ap­

pearance  of  another  nova  (“Kepler’s 

star”)  on  September  30,  1604,  not  quite 

as bright as Tycho’s star, but spectacular 

enough.

In his work, however, Kepler was side­



tracked  by  his  interest  in  mystic  notions 

dating  back  to  the  Greeks.  He  believed 

firmly in  the “music of the spheres”  first 

propounded  by  Pythagoras  [7]  and  his

followers and even tried to work out the 

exact notes sounded by each planet in its 

motions.  (Earth,  he  said,  sounded  the 

notes  “mi,”  “fa,”  “mi,”  indicating  it  to 

be  the  abode  of  misery,  /amine  and 

misery.)


He also felt the influence of Plato [24], 

for he tried to fit the five Platonic solids 

into the planetary scheme of things.  The 

book  in  which  he  advanced  this  notion, 

published  in  1596,  was  what  first  inter­

ested Tycho Brahe in Kepler.

In working out his regular-solid theory 

of the planets, he circumscribed an octa­

hedron about the sphere of Mercury and 

placed  the  sphere  of  Venus  through  its 

vertices.  An  icosahedron  was  circum­

scribed  about  the  sphere  of  Venus  and 

the  sphere  of  earth  was  placed  through 

its vertices.  And so  on.

He  spent  a  tremendous  amount  of 

time working it all out in the hope of ac­

counting  exactly  for  the  relative  dis­

tances  from  the  sun  of  the  various 

planets.  He  finally  realized  by  1595  he 

couldn’t  adjust  the  various  solids  and 

spheres properly.

Nevertheless, he did not give up. It oc­

curred  to  him  at  last  that  nothing  he 

could  do  with  spheres  would  fit  Tycho’s 

data,  and  he  began  to  search  for  some 

noncircular  curve  that  would  fit.  First, 

he tried an egg-shaped  oval  without  suc­

cess, and then he settled on the ellipse.

The  ellipse,  a  curve  first  studied  by 

Apollonius  [49],  resembles  a  flattened 

circle.  A  circle  has  a  diameter  that  is 

fixed  in  length  however  it  is  drawn,  but 

an  ellipse’s  diameter  (a  straight  line 

drawn  through  its  center)  varies  in 

length  according  to  its  position.  The 

longest  diameter  is  the  major  axis,  the 

shortest  the  minor  axis.  The  flatter  the 

ellipse,  the  greater  the  proportionate 

difference  in  length  between  major  and 

minor  axis  and  the  greater  its  “eccen­

tricity.”  (The  eccentricity  of  a  circle  is 

zero; it is not flattened at all.)

Along  the  major  axis  are  two  points 

called  foci  at  equal  distances  from  the 

center.  The  foci  have  this  property:  if 

from  each  focus  a  straight  line  is  drawn 

to the same point on the curve  of the  el­

lipse,  the sum  of  the  two  lines  is  always 

equal  to  the  length  of  the  major  axis.

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