กาลิเลโอ วีรบุรุษนักค้นคว้าวิจัยผู้กล้าหาญ กาลิเลโอ กาลิเลอี (Galileo Galilei) นักคณิตศาสตร์ นักดาราศาสตร์ และนักวิทยาศาสตร์ผู้มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการปฏิวัติวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ เป็นคนแรกที่นำคณิตศาสตร์และการทดลองมาใช้เป็นเครื่องมือในการพิสูจน์กฎเกณฑ์ทางธรรมชาติอย่างเป็นระบบอันเป็นรากฐานของกระบวนการทางวิทยาศาสตร์
ในปัจจุบัน กาลิเลโอมีผลงานโดดเด่นทั้งด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์ รวมทั้งเป็นนักประดิษฐ์และคิดค้นเทคโนโลยีใหม่ เขาคือผู้ทำลายกำแพงความเชื่อเรื่องเอกภพที่ผู้คนยึดถือกันมานานกว่า 2,000 ปีด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่เขาประดิษฐ์ขึ้นเอง กาลิเลโอเป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ของโลกผู้ได้รับการยกย่องให้เป็น “บิดาแห่งวิทยาศาสตร์สมัยใหม่”
กาลิเลโอเป็นชาวอิตาลีเกิดเมื่อปี 1564 ที่เมืองปิซา ครอบครัวย้ายไปอยู่ที่เมืองฟลอเรนซ์ตอนที่เขาอายุได้ 8 ปี ครอบครัวของกาลิเลโอมีฐานะไม่สู้ดีนัก พ่อซึ่งเป็นนักดนตรีมีหนี้สินมากจึงอยากให้เขาที่เป็นลูกชายคนโตเรียนแพทย์เพื่อจะได้เป็นที่พึ่งของทุกคนในครอบครัว แม้ว่ากาลิเลโอมีความคิดจะบวชพระตั้งแต่ยังเป็นหนุ่ม แต่เขาก็ได้สมัครเข้าเรียนวิชาแพทย์ที่มหาวิทยาลัยปิซาตามความต้องการของพ่อ
กาลิเลโอ วีรบุรุษนักค้นคว้าวิจัยผู้กล้าหาญ เมื่อเข้าเรียนจริงกาลิเลโอพบว่าแพทย์ศาสตร์เป็นวิชาที่น่าเบื่อเพราะผู้เรียนต้องท่องจำมากจึงหมดความใส่ใจ เขาหันไปสนใจเรียนคณิตศาสตร์และปรัชญาธรรมชาติเพราะเป็นเรื่องที่มีหลักการและใช้เหตุผล โดยเฉพาะวิชาเรขาคณิตที่ใช้วิธีพิสูจน์ความถูกต้องโดยไม่ต้องอาศัยความจำมาก กาลิเลโอชอบตั้งคำถามและโต้เถียงในความถูกต้องของสิ่งที่อาจารย์พร่ำสอนตามที่อริสโตเติล (นักปรัชญาคนสำคัญในยุคกรีกโบราณ 300 กว่าปีก่อนคริสต์ศักราช) เขียนไว้โดยที่บางเรื่องไม่ได้มีหลักฐานใดสนับสนุนเลย จัดเป็นพวกนอกคอกที่อาจารย์ไม่ค่อยชอบหน้า ในที่สุดกาลิเลโอก็เรียนแพทย์ไม่จบ แต่เขากลับได้ปริญญาสาขาคณิตศาสตร์มาแทนในปี 1585
กาลิเลโอเริ่มทำงานเป็นครูสอนคณิตศาสตร์ที่เมืองฟลอเรนซ์และเมืองเซียนา ปี 1586 เขาเขียนหนังสือวิชาการเล่มแรกชื่อ The little balance เป็นการอธิบายวิธีหาค่าความถ่วงจำเพาะของสสารโดยหลักสมดุลของอาร์คิมิดีส กาลิเลโอเริ่มมีชื่อเสียง ปี 1588 ได้รับคำเชิญไปบรรยายที่สถาบันใหญ่ในเมืองฟลอเรนซ์ ปี 1589 เขาได้รับการแต่งตั้งให้กลับไปทำงานที่มหาวิทยาลัยปิซาในตำแหน่งศาสตราจารย์คณิตศาสตร์
การทดลองครั้งประวัติศาสตร์ที่หอเอนปิซา
ตอนอายุ 18 ปีช่วงที่กำลังเรียนแพทย์กาลิเลโอสังเกตพบว่าโคมระย้าที่แขวนลงมาจากเพดานสูงในโบสถ์แกว่งไปมาด้วยเวลาที่เท่ากันเสมอไม่ว่าจะเหวี่ยงไปมากหรือน้อย โดยเขาจับเวลาด้วยการนับชีพจรของตัวเอง จากนั้นเขาจึงทำลูกตุ้ม (pendulum) ขึ้นมาเพื่อศึกษาเพิ่มเติม แล้วจึงพบว่าคาบการแกว่งของลูกตุ้มขึ้นอยู่กับความยาวของเชือกเท่านั้น ไม่ได้ขึ้นอยู่กับน้ำหนักของลูกตุ้มเลย นี่คือการค้นพบกฎเพนดูลัมเป็นครั้งแรก แต่กว่ากฎนี้ถูกนำไปประยุกต์ใช้สร้างนาฬิกาลูกตุ้มต้องรออีก 75 ปี
กาลิเลโอรู้สึกประหลาดใจในการพบความจริงประเด็นนี้มาก เพราะตามคำสอนของอริสโตเติลวัตถุหนักจะตกถึงพื้นเร็วกว่าวัตถุเบา ซึ่งถ้าคำสอนของอริสโตเติลถูกต้อง ลูกตุ้มที่มีน้ำหนักมากควรแกว่งเร็วกว่าลูกตุ้มที่มีน้ำหนักน้อย แต่ผลการทดลองไม่ได้เป็นเช่นนั้น กาลิเลโอจึงเริ่มคิดว่าความรู้ที่อริสโตเติลเขียนไว้อาจไม่ถูกต้องทั้งหมดเพียงแต่ไม่มีใครตรวจสอบ
เมื่อกลับมาสอนหนังสือที่มหาวิทยาลัยปิซาเขาจึงสานต่อความคิดดังกล่าว ให้ลูกศิษย์ขึ้นไปที่ยอดหอเอนแห่งเมืองปิซา ปล่อยวัตถุที่มีน้ำหนักต่างกันลงมาพร้อมกัน แล้วก็พบว่าวัตถุทั้งสองตกถึงพื้นพร้อมกันทุกครั้งไป กาลิเลโอจึงแถลงว่าเมื่อระยะทางเท่ากันเวลาที่วัตถุใช้ในการตกไม่ขึ้นกับน้ำหนักของวัตถุ ซึ่งขัดแย้งกับคำสอนของอริสโตเติล และเพื่อให้ทุกคนประจักษ์ในความจริงนี้กาลิเลโอจึงเชิญขุนนาง นักบวช และประชาชนมาเป็นพยาน แม้ว่าทุกคนจะเห็นวัตถุที่มีน้ำหนักต่างกันตกถึงพื้นพร้อมกันด้วยตาตัวเอง แต่ส่วนใหญ่ยังคงไม่เชื่อและกล่าวหาว่ากาลิเลโอเล่นมายากลเพื่อล้มล้างคำสอนของอริสโตเติล
400 ปีหลังการทดลองครั้งประวัติศาสตร์ที่หอเอนปิซา นาซาทำการทดลองเพื่อพิสูจน์เรื่องนี้อีกครั้งโดยใช้ห้องสูญญากาศที่ใหญ่ที่สุดในโลกที่ศูนย์วิจัย NASA’s Space Power Facility รัฐโอไฮโอเป็นสถานที่ทดลอง การปั๊มอากาศออกจากห้องเพื่อให้เป็นสูญญากาศใช้เวลานานกว่า 3 ชั่วโมง และเมื่อเริ่มปล่อยลูกโบว์ลิ่งกับขนนกให้ตกลงมาภาพมหัศจรรย์ที่ไม่มีใครเคยเห็นมาก่อนก็ปรากฏขึ้น ลูกโบว์ลิ่งหนักอึ้งกับขนนกเบาหวิวตกลงมาพร้อมกันด้วยอัตราเร็วเท่ากันตลอดทางจนถึงพื้นอย่างไม่น่าเชื่อ
นักคณิตศาสตร์ผู้สนใจค้นคว้าด้านวิทยาศาสตร์
ปี 1591 พ่อของกาลิเลโอเสียชีวิต เขาในฐานะพี่คนโตจึงต้องรับภาระครอบครัวแทนพ่อ ประกอบกับบรรยากาศภายหลังการทดลองที่หอเอนปิซาไม่ค่อยดีนักเพราะบรรดาอาจารย์พากันต่อต้านเขา ปี 1592 กาลิเลโอจึงตัดสินใจลาออกแล้วไปเป็นศาสตราจารย์คณิตศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยปาดัวในเขตปกครองของนครเวนิสซึ่งเขาได้รับเงินเดือนสูงกว่าที่เก่า 3 เท่า ที่เมืองปาดัวกาลิเลโอพบรักกับ Maria Gamba อยู่กินด้วยกันโดยไม่ได้แต่งงาน มีลูกสาว 2 คน ลูกชาย 1 คน เนื่องจากลูกสาวทั้งสองเป็นลูกนอกสมรส จึงไม่สามารถแต่งงานกับใครได้ พวกเธอจึงถูกส่งตัวไปยังคอนแวนต์ที่ซานมัตตีโอ ในเมืองอาร์เชตรี และพำนักอยู่ที่นั่นตลอดชีวิต ส่วนลูกชายได้ขึ้นทะเบียนเป็นบุตรตามกฎหมายในภายหลัง
กาลิเลโอสอนหนังสืออยู่ที่มหาวิทยาลัยปาดัวนานถึง 18 ปี ในช่วงเวลานี้เขามีการค้นพบทางวิทยาศาสตร์มากมายทั้งด้านวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ เช่น จลนศาสตร์การเคลื่อนที่และดาราศาสตร์ รวมทั้งด้านวิทยาศาสตร์ประยุกต์ เช่น ความแข็งของวัตถุและการพัฒนากล้องโทรทรรศน์ กาลิเลโอศึกษาวิเคราะห์เนื้อหาในตำราวิทยาศาสตร์ของอาร์คิมีดีสกับอริสโตเติล แล้วนำมาเรียบเรียงเป็นหนังสือชื่อ On Motion ซึ่งมีเนื้อหาเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ กาลิเลโอได้พบความรู้ใหม่ว่าถ้าวัตถุไม่มีแรงใดๆมากระทำและวัตถุนั้นอยู่นิ่งมันก็คงสภาพนิ่งตลอดไป แต่ถ้าวัตถุนั้นกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วมันก็มีความเร็วนั้นต่อไป นี่คือสมบัติความเฉื่อย (inertia) ความรู้นี้ได้กลายเป็นส่วนหนึ่งของกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันในเวลาต่อมา
กาลิเลโอยังได้พบอีกว่าในกรณีวัตถุที่ไถลลงตามพื้นที่เอียงทำมุมกับแนวระดับ ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ขึ้นโดยตรงกับเวลายกกำลังสองเสมอ ไม่ว่ามุมเอียงจะมีค่าเท่าไร ดังนั้นเมื่อมุมเอียงเป็นมุมฉากคือพื้นอยู่ในแนวดิ่งระยะทางก็ยังแปรผันโดยตรงกับเวลายกกำลังสองเหมือนเดิม กาลิเลโอจึงสรุปว่ากรณีวัตถุตกอย่างเสรีระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ได้แปรผันโดยตรงกับเวลายกกำลังสอง สำหรับการเคลื่อนที่ของกระสุนปืนใหญ่กาลิเลโอก็ได้พบความจริงว่ากระสุนมีวิถีโค้งแบบพาราโบลา (parabola) ซึ่งขัดแย้งกับคำสอนของอริสโตเติลที่บอกว่าช่วงแรกเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงจากนั้นจะตกลงในแนวดิ่ง
นอกจากสอนหนังสือและค้นคว้าความรู้ใหม่กาลิเลโอยังมีผลงานออกแบบและสร้างอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ที่จัดว่าเป็นเทคโนโลยีใหม่ของยุคนั้น ปี 1593 กาลิเลโอได้สร้างเทอร์โมมิเตอร์ขึ้นโดยอาศัยการขยายและหดตัวของอากาศในกระเปาะเพื่อดันน้ำในท่อที่ต่อเชื่อมติดกัน ถัดจากนั้นอีกไม่กี่ปีเขาได้ประดิษฐ์เข็มทิศสำหรับใช้กับปืนใหญ่และใช้ในงานสำรวจ โดยพัฒนาต่อจากอุปกรณ์รุ่นเก่า เข็มทิศของกาลิเลโอเมื่อใช้กับปืนใหญ่สามารถเล็งเป้าหมายได้แม่นยำและปลอดภัย แถมยังคำนวณปริมาณดินปืนของกระสุนปืนใหญ่ได้อย่างรวดเร็ว ส่วนในงานสำรวจสามารถใช้สร้างรูปหลายเหลี่ยมทั่วไปได้ ใช้คำนวณพื้นที่รูปหลายเหลี่ยมหรือส่วนของวงกลมได้ นอกจากนี้กาลิเลโอยังได้ออกแบบหวี เข็มขัด ปากกาลูกลื่น เครื่องเก็บผลมะเขือเทศ และอุปกรณ์อื่นอีกหลายอย่าง
ปี 1608 กาลิเลโอทราบข่าวเรื่องกล้องส่องทางไกลที่ Hans Lippershey ช่างทำแว่นตาชาวดัตช์ประดิษฐ์ขึ้นโดยการนำเลนส์นูน 2 ชิ้นมาสวมติดที่ปลายท่อกลวงและพยายามจดสิทธิบัตรแต่ไม่ได้รับอนุมัติ ปีถัดมาเขาได้เริ่มสร้างกล้องส่องทางไกลของตัวเองโดยใช้ความสามารถด้านคณิตศาสตร์และความเป็นนักประดิษฐ์ กล้องตัวแรกของเขามีกำลังขยาย 3 เท่า กาลิเลโอจึงไปเรียนวิธีฝนและขัดเลนส์จนชำนาญ และได้ปรับปรุงกล้องของเขาให้ดีขึ้นจนมีกำลังขยายถึง 30 เท่า กาลิเลโอเรียกอุปกรณ์ที่ประดิษฐ์นี้ว่า Perspicilum ที่หมายถึงกล้องส่องทางไกล เมื่อกล้องนี้ถูกใช้ในการส่องดูดาวบนท้องฟ้ามันจึงถูกเรียกชื่อใหม่เป็นกล้องโทรทรรศน์ (Telescope)
เมื่อกล้องมีประสิทธิภาพมากขึ้นและเห็นไกลขึ้น กาลิเลโอจึงสร้างกล้องมากมายเพื่อนำไปขายให้ทหารใช้สอดแนมข้าศึก และให้พ่อค้าใช้ส่องดูเรือในทะเลที่อยู่ไกลจากฝั่งเพื่อจะได้รู้ล่วงหน้าว่าเรือของใครจะนำสินค้าอะไรมาขาย เมื่อเรื่องราวเข้าหูเจ้านครเวนิสจึงสั่งให้กาลิเลโอนำกล้องโทรทรรศน์มาสาธิตให้ชาวเวนิสดู กาลิเลโอจึงนำกล้องไปติดตั้งที่ยอดหอคอยในจัตุรัสเซนต์มาร์ก สร้างความตื่นเต้นให้แก่ชาวเวนิสมาก เขาได้มอบกล้องโทรทรรศน์ให้เป็นของขวัญแก่เมืองเวนิส เจ้านครก็ตอบแทนเขาด้วยการขึ้นเงินเดือนเกือบเท่าตัว
