2. 实验是现代科学的基石

爱因斯坦给出的现代科学的另一个基础是实验。

在现代人看来，系统的实验是科学研究的不可缺少的部分。然而，在科学革命之前，人们习惯于依靠思辨和引用权威来确立真理。另外，值得一提的是，在 Galileo/伽利略时代，天主教不情愿地在某种程度上适应科学，允许对圣经的不同解释，但不允许公开你的解释。例如，可以假设地球绕太阳运行以帮助进行天文计算，但不能说地球绕太阳运行是真的。

有几位哲学家/自然哲学家批判传统的研究方法，或在实际研究中给出了以实验为基础的研究方法，朝着科学方法迈出的重要一步。

比 Galileo 稍早的英国医生，兼职科学家 Gilbert/吉尔伯特成功地应用实验方法研究物理现象。1600 年，Gilbert 出版了 De Magnete, 完整英文标题是 On the Magnet and Magnetic Bodies, and on the Great Magnet the Earth. 和 Galileo 的著作一样，De Magnete 被认为是实验科学的伟大著作。De Magnete 的内容几乎完全基于实际观察和实验。作为印刷书籍，De Magnete 比培根的 The Advancement of Learning (1605) 早了五年。Galileo 比 Gilbert 小 20 岁，读过 De Magnete, 极为欣赏 Gilbert 的工作。Galileo 说过，“我非常赞扬、钦佩和羡慕[Gilbert]。” 我们知道，Galileo 是一个暴躁而挖苦的人，能说出这样的话可不是那么容易。顺便强调一下，根据与 Gilbert 共事的爱德华赖特的说法，Gilbert 等了 18 年才出版 De Magnete, 表明 Gilbert 至少在 1580 年代初期就进行了他的实验。好不夸张地说，Gilbert 的工作是开创性的。

以下是 Gilbert 的学术成就：

1. 他发现我们的星球有两个磁极。他正确地定义了这些极点，并确定地球的行为就像一个巨大的磁铁。

2. 他推断，磁铁的磁性是由制成磁铁的材料的有组织形式引起的。这符合现代观点。

3. 他制造了世界上第一个验电器 (检测静电荷的仪器)，他称之为 versorium。验电器是第一个电测量仪器。

4. 他用铁皮包裹球形磁石的磁极，从而发明了磁铁的衔铁。

5. 他区分了电和磁。

今天我们用的英语单词 electricity 是由 Sir Thomas Browne 创造的，是从拉丁词 electricus 发展而来的，而 electricus 是由 Gilbert 创造的。

下面是 Gilbert 关于科学方法的一些论述。

在 De Magnete 的第一段，Gilbert 宣称：

“…in the investigation of hidden causes, stronger reasons are obtained from sure experiments and demonstrations than from probable conjectures and the opinions of common philosophers.”

“... 在调查隐藏的原因时，更有力的原因是从确定的实验和论证获得的，而不是从可能的猜想和普通哲学家的意见获得的。”

Gilbert 是这样攻击传统哲学家的：

“……哲学家本身很少是研究员/investigators，或者对事物有任何第一手的了解； 他们中的大多数是懒惰的，没有受过训练的，他们的著作没有增加知识，对可能照亮他们推理的事物视而不见。”

当然，受时代限制，Gilbert 的研究混杂了经院哲学和万物有灵论的元素。Gilbert 告诉我们行星有灵魂，我们星球的灵魂是有磁性的。在那个年代，Gilbert 并不是唯一一个将科学与神秘主义相结合的人。Kepler 也对太阳系持有令人惊讶的神秘观点，而且，近一个世纪后，牛顿在炼金术上花费的时间比在公认的科学上花费的时间更多。

在谈及科学方法时无法回避的两个历史人物是 Francis Bacon (1561–1626) 和 Galileo (1564–1642)。这两个人的年龄只差 3 岁。现在公认的是，Galileo 是科学史上最重要的人物之一。他是一位伟大的实验者和发明家。Galileo 的成就列举如下：

1. Galileo 是第一个用望远镜研究天空的人。他发现我们的月球有山。他发现了已知的第一颗围绕地球以外的行星运行的卫星。他是第一个看到海王星的人。他发现了土星环。他发现金星有像月亮一样的相位。他发现银河系是由恒星组成的。

2. Galileo 是一名熟练的望远镜制造商，并将它们卖给威尼斯的商人，他们渴望看到哪些船只尽快到达，以便在“期货”市场上赚钱。

3. Galileo 确定，如果没有空气阻力，无论重量如何，所有东西都会以相同的速度落到地上。重力对所有物体的加速都是平等的，无论它们的质量如何。

4. Galileo 确定，当重力加速任何物体时，物体以恒定速率加速，因此下降的距离与时间的平方成正比。在他对重力和加速度的大部分研究中，他使用滚下木制坡道的球。

5. Galileo 发现在地球上抛掷或发射的任何东西，例如岩石或炮弹，都会沿着弯曲的路径飞行，并且曲线的形状是抛物线。

6. Galileo 阐述了惯性原理。

7. Galileo 建立了一个后来被称为伽利略相对论的原理。

8. Galileo 试图测量光速，但发现它太快了，他无法测量。

9. Galileo 使用思想/理想实验。

我以后还要讨论，Galileo 的相对性原理和惯性原理对经院哲学有巨大冲击，从而间接地冲击了宗教。

Bacon 是一位政治家，哲学家和律师。与 Galileo 不同，Bacon 对科学的直接贡献很少。在学术界，学者对 Bacon 的争议较多。从 19 世纪开始，培根的名声逐渐下降，直到最近几年才重新开始对他的作品产生兴趣。

培根的新科学方法包括：

通过仔细、系统的观察来收集数据。

使用归纳法，即从一组事实概括为一个或多个公理。

收集额外的数据，或者使用现有数据和新公理来建立额外的公理。

整个过程以逐步的方式重复，以建立一个日益复杂的知识基础。

Bacon 相信，当以这种方式研究自然时，科学可以成为改善人类的工具。

Galileo 和 Bacon 的共同点是他们都质疑古希腊哲学权威 (特别是亚里士多德)。然而，伽利略的敌人是亚里士多德的物理学，而培根的敌人是亚里士多德的三段论。在培根看来，三段论仅仅是诡辩主义的一个例子；他认为亚里士多德用逻辑败坏了自然哲学。他认为三段论与他所说的“真正的归纳法”相比是完全不充分的。

如果仅仅从字面上看，很难看出 Bacon 和 Galileo 的区别。如果我们仔细了解 Galileo 的工作(还有 Bacon 关于heat 的工作)，我们会发现：

1. Galileo 能够找到哪些问题是理解世界的关键。

2. Galileo 能够非常深入地研究这些关键问题。

3. Galileo 并没有满足于简单地描述他的观察，他使用测量。

4. 在测量的基础上，Galileo 使用数学。

5. Galileo 使用思想/理想实验。

而 Bacon 正相反。 Bacon 的观察都是广泛而肤浅的，Bacon 的描述都是定性的，并且，他的研究方法没有给数学留有任何位置。这并不是在贬低 Bacon,  我到觉得，Bacon 的方法可能更适合那时的生物学，医学之类的实验科学。

除了以上提到的历史人物外，我在这里省略了与 Galileo 同时代的另一位伟大的科学家 William Harvey (1578—1657). 还有，如果有时间，可能要比较一下Galileo 和笛卡尔。