開普勒行星運(yùn)動(dòng)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(yuǎn)鏡，然后用望遠(yuǎn)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(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)，并且利用實(shí)驗(yàn)初步建立了現(xiàn)代力學(xué)體系。
牛頓第一定律其實(shí)是伽利略發(fā)現(xiàn)的。這條定律認(rèn)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(yùn)動(dòng)。這個(gè)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(gè)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(rèn)識(shí)。亞里士多德認(rèn)為，一個(gè)物體要保持勻速運(yùn)動(dòng)，就必須要不斷地受到力量的推動(dòng)。當(dāng)然，我們也要原諒亞里士多德，畢竟，在他生活的時(shí)代無法排除空氣的阻力。一個(gè)物體在空氣中運(yùn)動(dòng)會(huì)受到阻力，因此為了讓物體不停地運(yùn)動(dòng)，我們就得用另一個(gè)力來抵消空氣阻力。同樣，我們?cè)隍T車、開車時(shí)，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(shí)驗(yàn)室里通常是這樣演示的：在一個(gè)很長(zhǎng)的光滑平板上放一個(gè)鐵球，平板下斜時(shí)，在重力的作用下鐵球開始滾動(dòng)；當(dāng)我們不斷將光滑的平板加長(zhǎng)、坡度變小時(shí)，鐵球依然保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。而現(xiàn)代技術(shù)幫助我們做了更好的實(shí)驗(yàn)演示：讓一個(gè)物體在真空管中運(yùn)動(dòng)，就能完美地展示慣性定律了。
伽利略慣性定律實(shí)驗(yàn)
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(gè)參照系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，慣性定律成立。顯然，地面是一個(gè)很好的慣性系，因?yàn)槲覀兛梢栽诘孛嫔献鰧?shí)驗(yàn)驗(yàn)證慣性定律。同樣，勻速運(yùn)動(dòng)的高鐵、飛機(jī)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(gè)巨大的飛行器上，無論這個(gè)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(dāng)汽車剎車時(shí)，汽車的速度在變小，此時(shí)坐在汽車?yán)锏哪銜?huì)感受到一個(gè)向前推的力。這就說明，如果一個(gè)參照系不是在勻速運(yùn)動(dòng)，我們很快就會(huì)感受到自身所受到的作用力。
非勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性定律實(shí)驗(yàn)
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(gè)幫助是什么呢？就是伽利略對(duì)重力的研究。關(guān)于這個(gè)研究，很多人都聽說過比薩斜塔實(shí)驗(yàn)。
關(guān)于比薩斜塔實(shí)驗(yàn)，流行的版本是這樣的：伽利略認(rèn)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(duì)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(duì)手及許多人一道來到比薩斜塔。伽利略登上塔頂，將一個(gè)重100磅和一個(gè)重1磅的鐵球同時(shí)拋下。在眾目睽睽之下，兩個(gè)鐵球出人意料地幾乎同時(shí)落地。面對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在場(chǎng)觀看的人個(gè)個(gè)目瞪口呆、不知所措。故事聽上去很完美，但后來這個(gè)故事受到很多人的質(zhì)疑。有人去比薩斜塔做同樣的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)質(zhì)量更大的那個(gè)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(cuò)的？當(dāng)然不是。很簡(jiǎn)單，重的鐵球先落地，是因?yàn)樵诳諝庵?，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(gè)更加現(xiàn)代、更加好理解的重力實(shí)驗(yàn)是，在一個(gè)真空玻璃管中放一個(gè)小鐵球和一根羽毛，然后倒置玻璃管，我們就會(huì)看到羽毛和鐵球同時(shí)從玻璃管的頂部落到底部。
那么，比薩斜塔實(shí)驗(yàn)的故事到底是真是假？其實(shí)，這個(gè)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(dāng)年在有其他教授、哲學(xué)家和全體學(xué)生在場(chǎng)的情況下，從比薩斜塔的最高層做過多次類似試驗(yàn)。這樣看來，維維安尼也是聽別人說的，可見這個(gè)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(gè)重力加速度大約是9.8米/秒2。也就是說，1秒之后，一個(gè)下落物體的速度會(huì)增加9.8米/秒。
這個(gè)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(yùn)動(dòng)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?yàn)閽佄锞€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(yùn)動(dòng)軌跡是拋物線后，中文里才出現(xiàn)“拋物線”這個(gè)翻譯名詞。
伽利略是如何發(fā)現(xiàn)拋出去的物體的運(yùn)動(dòng)軌跡是拋物線的呢？一個(gè)拋出去的物體，在水平方向上速度不變，因?yàn)檫@個(gè)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(shí)間成正比。但是，子彈在垂直于地面的方向上受重力作用，會(huì)加速落向地面，因此，子彈在垂直方向上下落的距離與時(shí)間的平方成正比。就這樣，伽利略發(fā)現(xiàn)了拋物線。
我們?cè)谥v開普勒的時(shí)候，提到伽利略是開普勒的同時(shí)代人。其實(shí)，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(shí)是1609年，那時(shí)伽利略剛剛制造出望遠(yuǎn)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(yuǎn)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(yùn)動(dòng)、拋射體運(yùn)動(dòng)，以及靜力學(xué)和一些建筑學(xué)方面的知識(shí)。
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(rèn)為光的速度是有限的，還試圖測(cè)量光速。不過，光速實(shí)在太快了，他的測(cè)量以失敗告終。他發(fā)明了溫度計(jì)，利用浮力原理發(fā)明了測(cè)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(gè)原理與重力有關(guān)），后來這個(gè)原理成為制造機(jī)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(shí)，他的重要發(fā)現(xiàn)也奠定了現(xiàn)代力學(xué)的基礎(chǔ)。可以說，伽利略是現(xiàn)代科學(xué)鼻祖。
當(dāng)現(xiàn)代科學(xué)崛起的時(shí)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(huì)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?yàn)橘だ韵嘈藕托麄魅招恼f而監(jiān)禁他。
日心說
這位現(xiàn)代科學(xué)的奠基人與教會(huì)的矛盾，在他去世300多年后達(dá)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(rèn)為教廷在300多年前對(duì)他的迫害是嚴(yán)重的錯(cuò)誤
