达·芬奇（1452—1519），意大利著名美术家、自然科学家和工程师。他把科学知识和艺术思想有机地结合起来，使当时绘画的表现水平发展到一个新阶段。达·芬奇把解剖、透视、明暗和构图等零碎的知识，整理成为系统的理论。他的名画“蒙娜丽莎”卓绝地表现出了人物的内心世界。在科学上，他认为自然界的一切现象都服从于客观的必然性的规律。他用深刻的观察和丰富的想像力探求几乎所有的知识领域：数学、力学、天文、地质、工程、动植物等等。他坚持运用实验进行各种力学研究，他做过很多的机械设计，如飞机、降落伞、坦克、大炮、汽车等等。他在自然科学和工程技术上的笔记手稿达7000多页。下面引用的达·芬奇的几段话，表明了达·芬奇的科学态度和科学方法。“在研究一个科学问题时，我首先安排几种实验，我的目的是根据经验来决定所研究的问题，然后指出为什么物体在什么原因下会有这样的效应，这是一切从事研究自然现象所必须遵循的方法。”“实验在任何情况下都是我的老师。”“科学是船长，实践是水手。”“智慧是经验的女儿。”“在科学中，凡是用不上任何一种数学的地方，凡是和数学没有联系的地方，都是不确切的。”“实际上，伟大的爱产生于对所爱事物的伟大知识。”
培根（1561—1626），英国哲学家。培根特别强调发展自然科学的重要性，以为只有有组织地进行科学研究、科学发明和科学发现，才是导致人类生活进步的最大力量。培根指出中国的印刷术、火药和指南针三项发明为人类的进步做出了巨大的贡献。培根提出了著名的“知识就是力量”的论点，认为掌握知识的目的是更好地认识自然，以便征服自然。指出一切知识来源于感觉，感觉是可靠的。科学在整理感性材料时，用的是归纳、分析、比较、观察和实验的理性方法。马克思指出，培根是“英国唯物主义和整个现代实验科学技术的真正始祖”。
波兰天文学家哥白尼（1473—1543）经过长期的观测和大量繁杂的计算，认为地心说（地球静止于宇宙中心，其他星球都围绕地球运动）过于繁琐复杂。地动日心说（简称日心说）可以一举解决很多很多难题。公元1543年，就在哥白尼去世前不久，出版了他的名著《天体运行论》。《天体运行论》分六卷。第一卷总论太阳居于宇宙中心，地球和其他行星以圆形轨道绕太阻运行；第二卷论述地球的自转；第三卷论述地球的公转，太阳视运动，岁差和贾道赤道交角的测定；第四卷论述月亮的运行和日月食；第五、六两卷论述五大仃星（水星、金星、火星、木星、土星）的运动。尽管哥白尼主张的“行星以圆形轨道绕太阳旋转”的论点被开普勒（1571—1630）行星运动定律中的椭圆轨道所取代，但由于《天体运行论》否定了在西方统治了一千多年的地心说，引起了人类宇宙观的重大革新，从而沉重地打击了封建神权的统治。恩格斯指出：“天文学中地球中心的观点是褊狭的，并且已经很合理地被推翻了。”
“从此自然科学便开始从神学中解放出来。”“科学的发展从此便大踏步前进。”
《天体运行论》的出版引起了宗教势力的仇视，被列为禁书，主张日心说的人也遭到残酷迫害，如意大利哲学家布鲁诺（1548—1600）被宗教裁判所判处死刑，在罗马被活活烧死。著名科学家伽利略（1564—1642）也受到罗马教皇的迫害。这些事例说明，当时的教会已经成了阻碍科学健康发展的反动势力，而先进的新科学的诞生和发展又需要付出多么惨痛的代价。
哥白尼的巨大历史功绩是首先冲破了教会神权统治的罗网，开创了人类在宇宙观上的根本变革，人们不再盲从神圣的教条，开始用文艺复兴所复活的自由探索精神去重新认识自然界的一切运动现象。
丹麦著名天文学家第谷·布拉赫（1546—1601，简称第谷），自幼喜欢观察日月星辰。1560年8月21日发生日食，在此之前曾有预报。14岁的第谷观测到了这次日食，并对人类能够如此准确地预报日食惊讶不已，于是努力学习前人的著作。
1563年8月，他做了第一次天文观测记录——木星和土星，以后又经过20余年的系统的精密观测，积累了大量的珍贵资料。第谷的观测结果以精确和系统著称于世。由于在第谷时代并没有光学仪器用于天文观测，第谷的观测结果达到了当时欧洲天文学家用肉眼观测的极限。
1572年11月11日，他发现在仙后座出现了一颗新星。现已确定这是银河系中的一颗超新星，命名为“第谷星”。1600年，第谷邀请年轻的天文学家开普勒（157l—1630）作为助手。1601年，第谷去世。
开普勒本人视力不佳，但也做了不少的天文观测工作。1597年，26岁的开普勒出版了《神秘的宇宙》一书，受到天文学家第谷的赏识。1604年9月3日在蛇夫座附近出现了一颗新星，开普勒对这颗新星进行了长达17个月之久的规测并发表了观测结果，人们称这颗星为开普勒超新星。1607年，他观测了一颗大彗星，这就是后来的哈雷彗星。
开普勒用很多时间对第谷遗留下来的大量观测资料进行整理分析。在探讨五大行星运动规律的过程中，开始他仍按传统观念，认为行星做匀速圆周运动。但是经过反复推算后发现，对于火星来说，无论是按照哥白尼的日心说，还是按照地心说，都不能得到同第谷的观测相符合的结果。与日心说理论对照，计算结果与观测结果的差异最大可达8"。虽然差别并不算太大，但是开普勒坚信第谷的观测结果。于是他想到，火星可能并不是做匀速圆周运动。他尝试用各种不同的几何曲线来表示火星的运动轨道，终于发现了“火星沿椭圆轨道绕太阳运行，太阳处于椭圆的一个焦点位置上”这一定律。这个发现把哥白尼的学说向前推进了一大步。用开普勒本人的话说：“就凭这8"差异，引起了天文学的全部革新！”接着他又发现，尽管火星的运动速度是不均匀的，但是，从任何一点开始，在单位时间内，向径（火星与太阳的连线）扫过的面积却是不变的。这样，就得出了关于火星运动的第二条定律：“火星的向径，在相等时间内扫过相等的面积。”
1609年，开普勒出版了《新天文学》一书，书中详细叙述了这两条定律。并指出，这两条定律同样也适用于其他行星和月球的运动。
又过了十年，经过长期繁复的计算和无数次失败，开普勒终于发现了关于行星运动的第三条定律：“行星公转周期的平方与其轨道半长轴的立方成比例。”这一定律发表在1619年出版的《宇宙的和谐》一书中。开普勒在书中写道：“我用一部天体哲学或一部天体物理学取代了亚里士多德的一部天体神学或天体形而上学，从感官所觉察的事物的存在，去追究事物存在与变化的原因。”他还认为：“应当用数学或几何学表达这些物理原因。”开普勒行星运动三定律为经典天文学奠定了基础，并导致了数十年之后万有引力定律的发现。
顺便提一下，开普勒一生贫病交加，生活非常艰苦。除了天文学研究之外，他还做了30年的教师，却总共只领到8个月的工资，再加上中欧各国经常打仗，开普勒穷困潦倒，最后竞死于索债途中。德国哲学家黑格尔曾说过：“开普勒是被德国饿死的。”然而，即使在这样的艰难困苦条件之下，开普勒仍然醉心于天文学研究，并且取得如此杰出的成就，对人类文明做出如此重大的贡献，真是令人肃然起敬。
通过以上介绍可以看出，文艺复兴时期的科学家，与古代哲学家相比，有一个显著的特点，就是重视实验。文艺复兴时期的科学家更具有求真务实的精神。
他们对真理的执著胜于对神灵的崇拜。他们脚踏实地，不迷信权威。他们的工作，为经典力学的确立奠定了良好的基础。1687年，牛顿在前辈科学家工作的基础上，再加上自己几十年的研究成果，发表了划时代的伟大著作《自然哲学的数学原理》，标志着经典力学框架已经建成。以后又经过发展和完善，形成了严谨的理论体系。
（三）运动的研究与发展
伽利略在1638年出版的《两门新科学》一书，揭开了物理学的序幕。他的这本不朽的著作中整理并公布了三十年前他得到的一些重要发现。1639年1月，年迈的伽利略失明了，他口述给朋友一封信，提到这本书时讲道：“我只不过假设了我要研究的那种运动的定义及其性质，然后加以证实。我声明我想要探讨的是物体从静止开始，速度随时间均匀增加的这样一种运动的本质。我证明这样一个物体经过的空间（距离）与时间的平方成正比。我从假定入手对如此定义的运动进行论证；因此即使结果可能与重物下落的自然运动的情况不符，对我也无关紧要。但是我要说，我很幸运，因为重物运动及其性质，一项项都与我所证明的性质相符。”他的这一席话对后人了解他在运动学研究上作出种种发现也许会很有益处。
伽利略与自由落体的研究
西方有句谚语：“对运动无知，也就对大自然无知。”运动是万物的根本特性。在这个问题上，自古以来，出现过种种不同的看法，形成了形形色色的自然观。
在16世纪以前，亚里士多德的运动理论居统治地位。他把万物看成是由四种元素——土、水、空气及火组成，四种元素各有其自然位置，任何物体都有返回其自然位置而运动的性质。他把运动分成自然运动和强迫运动：重物下落是自然运动，天上星辰围绕地心作圆周运动，也是自然运动；而要让物体作强迫运动，必需有推动者，即有施力者。力一旦去除，运动即停止。既然重物下落是物体的自然属性，物体越重，趋向自然位置的倾向性也就越大，所以下落速度也越大。于是，从亚里士多德的教义出发，就必然得到物体下落速度与物体重量成正比的结论。
亚里士多德的理论基本上是错误的，但这一理论毕竟是从原始的直接经验引伸而来，有一定的合理成分，在历史上也起过进步作用，再加上被宗教利用，所以直到16世纪，仍被人们敬为圣贤之言，不可触犯。正因为如此，批驳亚里士多德关于落体运动的错误理论，不仅是一个具体的运动学问题，也是涉及自然哲学的基础问题，是从亚里士多德的精神枷锁下解脱的一场思想革命的重要组成部分。伽利略在这场斗争中作出了非常重要的贡献。他认识到通过自由落体的研究打开的缺口，会导致一门广博的新科学出现。请读读他在《两门新科学》中核心的一章，即“第三天的谈话”，开头讲的一段话：“我的目的，是要阐述一门崭新的科学，它研究的却是非常古老的课题。也许，在自然界中最古老的课题莫过于运动了。哲学家们写的关于这方面的书既不少，也不小，但是我从实验发现了某些值得注意的性质，到现在为止还未有人观察或演示过。也做过一些表面的观察，例如观察到下落重物的自然运动是连续加速的，但还从未有人宣布过，这一加速达到什么程度；据我所知，还没有一个人指出，一个从静止下落的物体在相等的时间间隔里，保持按从1开始的奇数的比数。”
“我考虑更重要的是，一门广博精深的科学已经启蒙，我在这方面的工作只是它的开始，那些比我更敏锐的人所用的方法和手段将会探索到各个遥远的角落。”
近代科学诞生的前奏
伽利略于1564年出生在意大利一个贵族家庭里，从小爱好文艺和科学。他所处的时代正值文艺复兴之后思想大解放的时期，意大利是文艺复兴的发源地，思想非常活跃。其杰出代表达·芬奇（1452—1519）不仅是艺术家和工程师，还做过许多物理实验，主张在科学工作中多进行实验观察；波兰人哥白尼（1473—1543）主张日心说，公开向亚里士多德的信仰者挑战；英国人弗兰西斯·培根（1561—1626）大力宣传实验的重要性，极力反对经院哲学，为伽利略的工作鸣锣开道，可以说，他们是伽利略工作的前驱。
数学上也有人为新科学的诞生作了准备，13—14世纪英国牛津大学的梅尔顿学院集聚了一批数学家，对运动的描述作过研究，他们提出了平均速度的概念，后来又提出加速度的概念。不过，他们从未用之于落体运动。
亚里士多德关于重物下落速度快的结论与实际经验不符，理所当然会受到科学家的实验检验。就在伽利略所在的比萨也多次记载有落体的研究。例如，伽利略的一位老师，叫包罗，是哲学教授，就曾在自己1575年发表的书中写道：“我们从窗口以同样的力投两个重量相同的物体，铅块慢于木块。”不过，铅块和木块可能是抛出窗外的。
1544年，有一位历史学家记述了三个人曾对亚里士多德的落体思想表示怀疑。他们注意到亚里士多德的意见与实际经验不符。但书中没有描述具体的实验。
1576年意大利帕都亚有一位数学家叫莫勒第，写了一本小册子叫《大炮术》，也是以当时惯用的对话方式进行论述的。其中有一段明确地提到落体运动，请读下面一段对话：“王子：如果从塔顶我们放下两个球，一个是重20磅的铅球，另一个是重1磅的铅球，大球将比小球快20倍。
作者：我认为理由是充分的，如果有人问我，我一定同意这是一条原理。
王子：亲爱的先生，您错了。它们同时到达。我不是只做过一次试验，而是许多次。还有，和铅球体积大致相等的木球，从同一高度释放，也在同一时刻落到地面或土壤上。
作者：如果高贵的大人不告诉我您做过这样的试验，我还会不相信呢！那好，可是怎样拯救亚里士多德呢？
王子：许多人都设法用不同的方法来拯救他，但实际上他没有得到拯救。老实告诉您，我也曾以为自己找到了一个办法来拯救，但再好好思考，又发现还是救不了他。”
由此可见，关于落体问题的讨论在伽利略1589年当比萨大学教授之前已经广泛展开了，并且已有人作过实验，得到的结果其实是尽人皆知的生活经验。问题在于，没有人敢于触犯亚里士多德的教义。因为亚里士多德的理论指的是落体的自然运动，即没有媒质作用的自由落体运动，这是一种理想情况，在没有真空泵的16世纪谁都没有可能真正做这类实验。
伽利略的落体实验
关于伽利略的比萨斜塔实验，众说纷纭。有人说，他这个落体实验对亚里士多德的理论是致命一击，由此批驳了亚里士多德的落体速度与重量成正比的说法，得出落体加速度与其重量无关的科学结论；有人说，他用大小相同而重量不等的两个球，得到同时落地的结果；甚至有人说他是用炮弹和枪弹做实验的。有人则过分宣扬伽利略的落体实验，说他是第一个做落体实验的人。
