Galileo Galilei

Štúdium

Narodil sa v Pise (Taliansko). V kláštornej škole študoval medicínu, do ktorej ho otec nútil, pretože chcel, aby žil lepšie ako on. Zaujímala ho matematika a aj napriek otcovmu presvedčeniu, že bude mať krajší život ako on ak bude lekár, začal študovať aj matematiku. V poslednom roku opustil štúdium medicíny a začal sa naplno venovať matematike, astronómii a fyzike. Štúdium  napokon dokončil ako samouk.
12. novembra 1589 ho prijali do prednášateľského zboru univerzity v Pise. Medzi učiteľmi nebol veľmi obľúbený. 26. septembra 1598 prestúpil do Padovy. Tu na jeho prednášky, najčastejšie o geometrii, chodilo okolo 2 000 poslucháčov. Galileo objavil rozpory Aristotelovej fyziky. Súhlasil s Kopernikovým učením, ale vtedy si ešte netrúfal verejne vystúpiť na jeho obranu. Až v roku 1597 poslal list Keplerovi, v ktorom sa priznáva k svojmu kopernikovskému zmýšľaniu. Kepler to pochopil tak, že nemá kde vydávať svoje diela, navrhol mu Nemecko a ponuku, aby spolu robili pozorovania. Galileo na list od Keplera odpovedal až po 12 rokoch, pretože sa bál cirkvi.
Rok 1606 bol pre Galilea významný – predĺžili mu pôsobenie na univerzite v Padove a dal po prvýkrát uverejniť svoju prácu o „geometrickom a vojenskom kružidle“, ktoré sa stalo dôležitým prístrojom pre inžinierov. Skonštruoval ho už okolo roku 1597. Pri návšteve Benátok sa dozvedel, že niekto vynašiel prístroj, ktorý zväčšuje vzdialené predmety, takže sa dajú pozorovať. Dozvedel sa však o ňom iba, že je to „rúrka s dvoma šošovkami“. Nevie sa kto a kedy ho vynašiel.
Roku 1606 Galilei skonštruoval ďalekohľad a na vrchu zvonice sv. Marka v Benátkach ho v noci zo 6. na 7. januára ukázal skupine benátskych patricijov jeho vlastnosti a použitie. Galileiho ďalekohľad približoval trikrát a plošne zväčšoval deväťkrát. Neskôr sa mu podarilo zostrojiť ďalekohľad oveľa účinnejší, ktorý zväčšoval viac než šesťdesiatkrát. Tento ďalekohľad daroval britskej vláde, ktorá ho využívala hlavne na skoré spozorovanie nepriateľa. Po tomto vynáleze bol menovaný doživotne za profesora na Univerzite v Padove, kde pôsobil a výrazne mu zvýšili plat.

Ďalekohľad

Galilei zameral svoj ďalekohľad na hviezdnu oblohu, a tak odhalil ľudstvu viac právd z nebeskej mechaniky než celé stáročia predtým. Dovtedy sa všetky teórie o vesmíre opierali len o pozorovanie voľným okom a o všeobecné filozofické úvahy. Galilei prvý pomocou ďalekohľadu ukázal majestátnosť sveta, ktorý nás obklopuje.
V roku 1609 zostrojil ďalekohľad s objektívom priemeru 37mm a s ohniskovou vzdialenosťou 980mm.
Okulár sa nezachoval, ale podľa zachovaných náčrtov mal mať priemer 22mm a ohniskovú vzdialenosť 50mm. 
Takýto ďalekohľad by mu poskytol zväčšenie 19,6 násobné, ale rozlišovaciu schopnosť najviac 3,2".
Napriek vhodnej pozícii Saturna (v roku 1610 podobnej ako bude v roku 2022), tento ďalekohľad ešte nedovolil Galileovi zreteľne rozoznať prstence, ktoré považoval za veľké mesiace.
Prvý rozoznal hviezdy na Mliečnej ceste, ktorá sa javila voľnému oku len ako bledý pás. Pri pozorovaní ďalekohľadom sa ukázalo, že je to nesmierne množstvo hviezd. Začiatkom roku 1610 objavil štyri Jupiterove mesiace. Svoje prvé astronomické objavy uverejnil roku 1610 po latinsky v spise Hviezdny posol (Sidereus nuntius), lebo latinčinu v tých časoch používali ako oficiálny jazyk vo vede. Neskoršie hlavné diela písal po taliansky. Publikácia vzbudila veľký obdiv medzi vtedajšími učencami, ale súčasne bola aj príčinou útokov zo strany jeho neprajníkov. Zhotovil preto väčší počet menších ďalekohľadov, ktoré poslal významným osobnostiam, aby sa sami presvedčili o pravdivosti jeho pozorovaní.

Astronómia

Roku 1610 Galilei prijal ponuku vládcu Toskánskej republiky Cosima II. z rodu Mediciovcov a bol menovaný „prvým matematikom a filozofom vojvodcu toskánskeho“ vo Florencii.
Objavil údolia a hory na povrchu Mesiaca, pozoroval slnečné škvrny. Z pohybu slnečných škvŕn usúdil, že Slnko sa otáča okolo vlastnej osi. Objavil fázy Venuše, ktoré svedčili, že Venuša obieha približne po kruhovej dráhe okolo Slnka a že rovnako ako Zem a Mesiac nevydáva vlastné svetlo, ale iba odráža svetlo slnečné. Prvý pozoroval na Saturne záhadné výstupky.
Galilei nielenže objavoval nové a neznáme javy, ale ich aj využíval pre praktické ciele, napríklad pre námornú navigáciu. Jeho astronomické pozorovania boli veľmi užitočné pri zostavovaní tabuliek pre námornú plavbu.
Keď roku 1611 podnikol cestu do Ríma, aby tam ukázal niektorým vedcom a kardinálom svoje objavy na oblohe, získal si tam mnoho priateľov a priaznivcov. Aj z radov jezuitov sa k nemu hlásili matematici, ako napr. Clavius. Galilei sa rozhodol vydať na cestu do Ríma a vzdať poctu novej hlave kresťanstva s tajnou nádejou, že dosiahne nejakú úľavu vo veci protikopernikových uznesení. V apríli v roku 1624 pricestoval do Ríma, kde ho pápež prívetivo prijal. Mal s ním a s vplyvnými kardinálmi viac porád. Keď však odchádzal z Ríma, musel si priznať, že ciele, ktoré sledoval, nedosiahol.

Mechanika

Znovu sa zahĺbil do svojich štúdií a pokusov. Skúmal napríklad zákony pohybu kvapalín a pokračoval v prácach týkajúcich sa morských prílivov a odlivov. Usiloval sa vysvetliť tento jav otáčavým pohybom Zeme.
Roku 1632 Galilei vydal svoj slávny spis Dialóg o dvoch najväčších svetových sústavách. Vo forme rozhovoru vystupujú tu tri osoby: Salviati, kopernikovec, ktorý s ohľaduplným pokojom zdoláva silou myšlienkových pochodov protivníka; Simplicius, učenec školy Aristotelovej v rozhovore podlieha toľkokrát, koľkokrát vyvoláva diskusiu. Tretia osoba, Sagredo, je veselý účastník a svedok rozhovoru, ktorý má radosť z osvojenia si niektorých nových názorov.
Toto dielo, okrem svojho veľkého významu v histórii astronómie, zohralo dôležitú úlohu aj v mechanike. V Dialógu Galilei rozvinul myšlienky kinematiky, s ktorými sa zaoberal ešte v Padove. Definoval pojem rýchlosti a zrýchlenia. Pri hľadaní zákonov voľného pádu sa opieral o zákon zotrvačnosti, ktorý neskôr formuloval Isaac Newton. Rozoberá problém skladania pohybov a prvý formuluje myšlienku relatívnosti pohybov. Postrehol napríklad, že guľa, ktorú vypustí rýchlo pohybujúci sa jazdec, podrží si rýchlosť jazdca a súčasne padá k zemi. Pri štúdiu pohybu telies na plávajúcej lodi a na lodi, ktorá pokojne kotví, prišiel Galilei k záveru, že mechanické deje prebiehajú úplne rovnako v nehybnej sústave a v sústave pohybujúcej sa rovnomerne priamočiaro.
Píše: Ak je pohyb lode rovnomerný, priamočiary, nepozorujete nijaké zmeny na javoch a ani podľa jedného z nich nebudete môcť súdiť, či sa loď pohybuje, alebo stojí na mieste. Ak skočíte, doskočíte do rovnakej vzdialenosti na podlahe, ako keby bola loď v pokoji, t. j. neskočíte ďalej, ak ste skočili proti smeru pohybu lode, aj keď sa loď pohybuje veľmi rýchlo; hoci kým sa vznášate vo vzduchu, podlaha pod vami uteká v opačnom smere. Ak hodíte niečo svojmu priateľovi, nebudete musieť hádzať väčšou silou, ak on bude vpredu a vy vzadu, než v prípade, že by ste stáli obrátene. Kvapky z džbána s vodou, ktorý je upevnený na povale kabíny, budú padať zvisle dolu a ani jedna z nich nepadne k zadnej časti lode, hoci zatiaľ, čo je kvapka vo vzduchu, loď ide dopredu. Muchy budú lietať všetkými smermi a nezhluknú sa k zadnej časti lode, pretože by mali byť unavené sledovaním rýchleho pohybu lode.
Tento takzvaný Galileiho princíp relativity je jedným zo základných princípov klasickej, nerelativistickej mechaniky, t. j. mechaniky, ktorá skúma pohyby telies s rýchlosťami malými v porovnaní s rýchlosťou svetla vo vákuu.
V práci vyvracia dôvody pre udržanie geocentrického názoru jasným štýlom, ktorý je preňho charakteristický. Zdôrazňuje, že Zem nie je nič viac než ostatné planéty. Podporuje hypotézu Kopernikovu, podľa ktorej Zem spolu s ostatnými planétami krúži okolo Slnka. Okrem tohto Dialóg obsahuje štúdie o prílivoch a odlivoch mora, a pýta sa, či  by sa nedali vysvetliť, ak pripustíme otáčanie Zeme.

Inkvizícia

Dialóg bol pred vydaním schválený rímskou cenzúrou po malých zmenách, na ktoré Galilei ochotne pristal. Uverejnenie diela vyvolalo na jednej strane veľké nadšenie a na druhej strane však závisť a zlosť. Proti Galileiho práci sa ostro postavil istý filozof Chiaramonti z Pisy. Neprajníci sa usilovali znepriateliť pápeža s Galileim. Presvedčili pápeža, že v Dialógu má Galilei pod Simpliciom na mysli samého pápeža. Účinok sa dostavil. Kníhtlačiarovi vo Florencii došlo vyrozumenie, aby zastavil predaj a Galileimu, aby ďalšie výtlačky Dialógu nerozširoval. Florentínsky inkvizítor povolal Galileiho pred inkvizíciu do Ríma na vyšetrovanie.
Po takmer trojmesačnom súdnom procese v roku 1633 musel 22. júna 1633 sedemdesiatročný Galilei odvolať svoje učenie. Dialóg bol zakázaný a o rok neskoršie ho dali aj na zoznam zakázanej literatúry. Autora odsúdili do väzenia. Trest mu však zmiernili na nútený pobyt. Mohol sa zdržiavať iba na určených miestach. Po odsúdení ešte krátko býval v mediciovskej vile, v sídle toskánskeho vyslanca pri pápežovom dvore. Na žiadosť bývať v blízkosti Florencie, dovolili sa mu presťahovať do Sieny, do arcibiskupovho paláca. Od decembra 1633 mu dovolili vrátiť sa do Arcetri do domu kde už predtým býval. Konečne až roku 1638 sa mohol presťahovať do svojho domu vo Florencii, nesmel sa však stýkať s osobami, ktoré boli podozrivé, že sú prívržencami Kopernikovej náuky.
Legenda hovorí, že Galilei po odprisahaní vyhlásil: „A predsa sa točí!“ (Eppur si muove!). Podľa Gina Loriu ide o domnelý výrok, ktorý by mal vystihnúť Galileiho nezlomnosť.
Galilei hľadá útechu v ďalšom vedeckom bádaní. Koncom roku 1636 dokončuje svoje druhé hlavné dielo Rozhovory a matematické dôkazy o dvoch nových vedách, o mechanike a pohybe telies (Discorsi). Dielo vyšlo v Holandsku v Leidene v roku 1638.
Rozhovory obsahujú náuku o pevnosti telies. Galilei tu odvodil základné poznatky o pevnosti tyčí v ťahu, uviedol zákony o páke, zákony o pevnosti hranolovitých a valcovitých tyčí pri rôznom zaťažení. Pevnosť telies vysvetľoval nesprávne silou vákua, ktorá stláča telesá. Prvý meral mernú tiaž vzduchu.
V druhej časti Rozhovorov sú výsledky jeho bádania o pohybe, ktorými sa zaoberal od mladosti. Na základe experimentálneho výskumu urobil tu hlbokú analýzu priamočiareho rovnomerne zrýchleného pohybu a stanovil jeho zákony. Dokázal, že voľný pád a pohyb telesa po naklonenej rovine sú pohyby rovnomerne zrýchlené. Zistil, že zrýchlenie na naklonenej rovine závisí len od uhla, ktorý zviera naklonená rovina s vodorovnou rovinou, a konečná rýchlosť, tak ako aj pri voľnom páde, závisí od výšky začiatočnej polohy telesa. Časové intervaly meral množstvom vytečenej vody z nádoby, pretože vtedy ešte nebolo spoľahlivých hodín. Konkrétne si všimol, že ak mal dve naklonené roviny a ak spúšťal z jednej guľôčku, tak guľôčka vyšla do rovnakej výšky a prešla rovnakú vzdialenosť v prípade, že bola rovnako naklonená ako prvá. Ale v prípade, že druhá bola menej naklonená, tam guľôčka prešla síce dlhšiu dráhu, ale tiež len do rovnakej výšky. Po dlhom uvažovaní dospel k záveru, že ak by druhá naklonená rovina bola vodorovná, tak by sa jej pohyb nikdy neskončil. 
V tomto diele rozoberá vrhy ako pohyby zložené z pohybu priamočiareho, rovnomerného a z voľného pádu. Prvý v histórii rozpracoval teóriu kyvadiel. Ako sa už spomenulo, dokázal, že doba kyvu pri malých výchylkách nezávisí od amplitúdy. Galilei tiež prvý skúmal vplyv trenia na pohyb telies.
V Rozhovoroch pojednáva aj o akustike. Objavil, že výšku tónu určuje frekvencia. Aj dôkaz o počte kmitov struny, závisiaci od jej dĺžky, napätia a hrúbky, patrí jemu. Ďalej zistil a vysvetlil budenie tónov rezonanciou a poznal osobitné vlastnosti stojatého vlnenia. Toto vlnenie skúmal na povrchu vody v nádobe, ktorú uviedol trením do chvenia.
Kyvadlo použil na meranie času. Navrhol kyvadlové hodiny, ktoré zostrojil pod jeho vedením syn Vincenzo. Kyvadlové hodiny nezávisle od Galileiho zostrojil aj Huygens.

Staroba

V starobe Galilei oslepol na ľavé oko a o niekoľko mesiacov aj na druhé. Tiež sluch mu vypovedal službu. Napriek týmto ťažkostiam ďalej premýšľal o fyzikálnych problémoch. Roku 1638 napísal o sebe toto: „Vo svojej temnote hĺbam raz o tom, raz o inom predmete prírody a nikdy nemôžem upokojiť svoju neúnavnú hlavu, aj keď si to veľmi želám. Táto ustavičná činnosť ducha ma okráda takmer o všetok spánok.“ Jeho zdravotný stav bol čoraz horší. Úplne oslepol a smrť jeho dcéry Marie Celesty v roku 1634 znamenala aj stratu posledného zdroja podpory. Napriek rozsudku sa však nikdy nevzdal vedeckej práce. Galileo zomrel 8. januára 1642 v Arcetri. Dcéra, ktorá zahynula počas jeho života sa volala Virginia a druhá dcéra Livia.

Filozofia

Osobnosťou o niečo málo staršieho Keplerovho súčasníka Galilea Galileiho sa uzatvára prvé veľké obdobie definitívneho prerodu špekulatívnej, o aristotelizmus sa opierajúcej prírodnej filozofie, ktorá uvažovala v pojmoch kvalít, na modernú vedu o prírode, ktorá kvantifikujúcimi postupmi vyjadruje dynamické zmeny stavu.

Galileiho princíp relativity

Princíp relativity zaviedol do modernej fyziky Galileo Galilei. Prekonal starý absolutistický pohľad Aristotela a zastával názor, že pohyb, alebo minimálne rovnomerný priamočiary pohyb, má zmysel iba relatívne k niečomu inému. Ďalej tvrdil, že neexistuje absolútne referenčné teleso, oproti ktorému by všetky ostatné veci mohli byť merané. Galileo zaviedol aj sadu transformácií nazývaných Galileiho transformácie, ktoré sa používajú dodnes a definoval 5 pohybových zákonov. Predpokladal euklidovskú geometriu priestoru a plynutie času rovnaké pre všetkých pozorovateľov. Keď Newton konštruoval svoju mechaniku, prevzal Galileiho princíp relativity a zredukoval počet základných pohybových zákonov na tri.