גלילאו גליליי
גלילאו די וינצ'נצו בונאיוטי דה גליליי (15 בפברואר 1564 – 8 בינואר 1642), המכונה בדרך כלל גלילאו גליליי או בשמו הפרטי גלילאו, היה אסטרונום, פיזיקאי, מהנדס ומלומד איטלקי. הוא נולד בפיזה, שהייתה אז חלק מדוכסות פירנצה. גלילאו כונה אבי האסטרונומיה התצפיתית, הפיזיקה הקלאסית, השיטה המדעית והמדע המודרני.
הוא חקר מהירות, כבידה ונפילה חופשית, את עקרון היחסות, התמד, תנועה קליעית, ועבד גם במדע יישומי וטכנולוגיה, ותיאר את תכונות המטוטלת ו"מאזניים הידרוסטטיים". הוא היה אחד המפתחים המוקדמים ביותר של התרמוסקופ וממציא מצפנים צבאיים שונים. בעזרת טלסקופ משופר שבנה, הוא צפה בכוכבי שביל החלב, במופעי נוגה, בארבעת הירחים הגדולים ביותר של צדק, בטבעות שבתאי, במכתשי ירח ובכתמי שמש. הוא גם בנה מיקרוסקופ מוקדם.
תמיכתו של גלילאו בהליוצנטריות הקופרניקאית נתקלה בהתנגדות מתוך הכנסייה הקתולית ומצד אסטרונומים מסוימים. הנושא נחקר על ידי האינקוויזיציה הרומית ב-1615, שהגיעה למסקנה שדעותיו סותרות פרשנויות מקובלות של המקרא.
גלילאו הגן על דעותיו ב-"דיאלוג על שתי מערכות העולם המרכזיות" (1632), שנראה כחולק על האפיפיור אורבנוס השמיני ומלגלג עליו, ובכך הרחיק הן את האפיפיור והן את הישועים, ששניהם תמכו מאוד בגלילאו עד נקודה זו. הוא נשפט על ידי האינקוויזיציה, נמצא "חשוד מאוד בכפירה", ונאלץ לחזור בו. הוא בילה את שארית חייו במעצר בית. במהלך תקופה זו, הוא כתב את "דיונים והוכחות מתמטיות בנוגע לשני מדעים חדשים" (1638), העוסק בעיקר בקינמטיקה ובחוזק חומרים.
חיים מוקדמים ומשפחה
גלילאו נולד בפיזה (אז חלק מדוכסות פירנצה) ב-15 בפברואר 1564, הראשון מבין שישה ילדים של וינצ'נצו גליליי, נגן לאוטה, מלחין ותאורטיקן מוזיקה מוביל, וג'וליה אמנאטי, בתו של סוחר בולט, שנישאו שנתיים קודם לכן ב-1562, כשהוא היה בן 42 והיא בת 24. וינצ'נצו היה חלק מהקאמרטה הפלורנטינית, שהניחה את היסודות לז'אנר האופרה החדש. גלילאו הפך בעצמו לנגן לאוטה מיומן.
שלושה מחמשת אחיו של גלילאו שרדו את הינקות. הצעיר שבהם, מיכלאנג'לו (או מיכלאניולו), הפך גם הוא לנגן לאוטה ומלחין שהוסיף לנטל הכלכלי של גלילאו למשך שארית חייו. מיכלאנג'לו לא הצליח לתרום את חלקו ההוגן בנדוניות שהבטיח אביהם לגיסיהם, שניסו מאוחר יותר לחפש סעדים משפטיים לתשלומים המגיעים להם. מיכלאנג'לו גם נאלץ מדי פעם ללוות כספים מגלילאו כדי לתמוך במאמציו המוזיקליים ובטיוליו. נטלים כלכליים אלו עשויים היו לתרום לרצונו המוקדם של גלילאו לפתח המצאות שיביאו לו הכנסה נוספת.
כשהיה גלילאו גליליי בן שמונה, עברה משפחתו לפירנצה, אך הוא הושאר תחת השגחתו של מוציו טדאלדי למשך שנתיים. כשהיה גלילאו בן עשר, עזב את פיזה כדי להצטרף למשפחתו בפירנצה, שם הגיע תחת חסותו של יאקופו בורגיני. הוא התחנך, במיוחד בלוגיקה, בין השנים 1575–1578 במנזר ואלומברוסה, כ-30 ק"מ דרומית-מזרחית לפירנצה.
### שם
גלילאו נטה להתייחס לעצמו בשמו הפרטי. באותה תקופה, שמות משפחה היו אופציונליים באיטליה, ושמו הפרטי היה בעל אותו מקור כמו שם משפחתו לעיתים, גליליי. גם שמו הפרטי וגם שם משפחתו נגזרו בסופו של דבר מאב קדמון, גלילאו בונאיוטי, רופא, פרופסור ופוליטיקאי חשוב בפירנצה במאה ה-15. כאשר התייחס לעצמו ביותר משם אחד, זה היה לעיתים כגלילאו גליליי לינצ'או (Linceo), התייחסות להיותו חבר באקדמיה דיי לינצ'יי, ארגון מדע עילית שנוסד במדינת האפיפיור. היה נהוג במשפחות טוסקניות מאמצע המאה ה-16 לקרוא לבן הבכור על שם שם המשפחה של ההורים. לפיכך, גלילאו גליליי לא נקרא בהכרח על שם אבותיו גלילאו בונאיוטי.
השם הפרטי האיטלקי "גלילאו" (ומכאן שם המשפחה "גליליי") נגזר מהלטינית "Galilaeus", שפירושו "מהגליל". שם מקראי זה הפך לנושא של משחק מילים (כביכול). בשנת 1614, במהלך פרשת גלילאו, אחד ממתנגדיו של גלילאו, הכומר הדומיניקני תומאסו קאצ'יני, נשא נגד גלילאו דרשה שנויה במחלוקת ומשפיעה שציטטה את ספר מעשי השליחים: "אנשי הגליל, למה תעמדו ותביטו השמימה?".
### ילדים
למרות שהיה קתולי אדוק, גלילאו הוליד שלושה ילדים מחוץ לנישואין עם מרינה גמבה: בנותיו וירג'יניה (נולדה ב-1600) וליביה (1601), ובן וינצ'נצו (1606).
בשל לידתן הלא חוקית, גלילאו החשיב את הבנות כבלתי ניתנות לנישואין, מה שדרש תמיכה יקרה או נדוניות מופקעות, בדומה לבעיות הכלכליות הקודמות של גלילאו עם שתיים מאחיותיו. החלופה המכובדת היחידה שלהן הייתה החיים הדתיים: הן הפכו לנזירות לכל ימי חייהן במנזר סן מטאו בארצ'טרי.
וירג'יניה אימצה את השם מריה צ'לסטה עם כניסתה למנזר. היא מתה ב-2 באפריל 1634, וקבורה עם גלילאו בבזיליקת סנטה קרוצ'ה, פירנצה. ליביה אימצה את השם האחות ארקנג'לה והייתה חולה ברוב ימי חייה. וינצ'נצו לגיטימי מאוחר יותר כיורשו החוקי של גלילאו, ונישא לססטילייה בוקינרי.
קריירה ותרומות מדעיות ראשונות
אף על פי שגלילאו שקל ברצינות את הכמורה כצעיר, בהפצרת אביו הוא נרשם במקום זאת ב-1580 לאוניברסיטת פיזה לתואר ברפואה. הוא הושפע מהרצאותיהם של ג'ירולמו בורו, דומינגו דה סוטו ופרנצ'סקו בואונמיצ'י מפירנצה. ב-1581, כשעסק בלימודי רפואה, הבחין בנברשת מתנדנדת, שזרמי אוויר הזיזו אותה להתנדנד בקשתות גדולות וקטנות יותר. עבורו, נראה היה, בהשוואה לדופק שלו, שהנברשת לקחה את אותו פרק זמן להתנדנד הלוך ושוב, לא משנה כמה רחוק היא התנדנדה. כשחזר הביתה, הוא הקים שתי מטוטלות באורך שווה והניד אחת בתנופה גדולה ואת השנייה בתנופה קטנה ומצא שהן שומרות על זמן יחד. רק עם עבודתו של כריסטיאן הויגנס, כמעט מאה שנה מאוחר יותר, נעשה שימוש באופי הטאוטוכרוני של מטוטלת מתנדנדת כדי ליצור שעון מדויק. עד לנקודה זו, גלילאו הורחק במכוון ממתמטיקה, שכן רופא השתכר הכנסה גבוהה יותר ממתמטיקאי. עם זאת, לאחר שנכח בטעות בהרצאה על גאומטריה, הוא שכנע את אביו המסויג לתת לו ללמוד מתמטיקה ופילוסופיה של הטבע במקום רפואה. הוא יצר תרמוסקופ, מבשר המדחום, וב-1586 פרסם ספר קטן על עיצוב מאזניים הידרוסטטיים שהמציא (מה שהביא אותו לראשונה לתשומת לב העולם המלומד). גלילאו למד גם "דיזניו" (disegno), מונח הכולל אמנות יפה, וב-1588 השיג את משרת המדריך באקדמיה לאמנויות הציור בפירנצה, שם לימד פרספקטיבה וקיארוסקורו. באותה שנה, בהזמנת האקדמיה הפלורנטינית, הציג שתי הרצאות, "על הצורה, המיקום והגודל של התופת של דנטה", בניסיון להציע מודל קוסמולוגי ריגורוזי של "הקומדיה האלוהית" של דנטה. בהשראת המסורת האמנותית של העיר ויצירות אמני הרנסאנס, רכש גלילאו מנטליות אסתטית. בהיותו מורה צעיר באקדמיה, החל חברות לכל החיים עם הצייר הפלורנטיני צ'יגולי.
בשנת 1589 מונה לקתדרה למתמטיקה בפיזה. ב-1591 מת אביו, והוא הופקד על הטיפול באחיו הצעיר מיכלאניולו. ב-1592 עבר לאוניברסיטת פדובה שם לימד גאומטריה, מכניקה ואסטרונומיה עד 1610. במהלך תקופה זו, גלילאו עשה תגליות משמעותיות הן במדע יסודי טהור והן במדע יישומי מעשי. תחומי העניין המרובים שלו כללו את חקר האסטרולוגיה, שבאותה תקופה הייתה דיסציפלינה הקשורה ללימודי מתמטיקה, אסטרונומיה ורפואה. בנוסף, גלילאו עסק בהנדסה הידראולית מעשית, וקיבל פטנט מהרפובליקה של ונציה עבור משאבת מים המופעלת על ידי סוסים ב-1594.
### אסטרונומיה
הסופרנובה של קפלר
טיכו ברהה ואחרים צפו בסופרנובה של 1572. מכתבו של אוטביו ברנזוני מ-15 בינואר 1605 לגלילאו הביא את הסופרנובה של 1572 ואת הנובה הפחות בהירה של 1601 לידיעתו של גלילאו. גלילאו צפה ודן בסופרנובה של קפלר ב-1604. מכיוון שכוכבים חדשים אלו לא הציגו פרלקסה יומית ניתנת לזיהוי, גלילאו הגיע למסקנה שהם כוכבים רחוקים, ולכן הפריך את האמונה האריסטוטלית בחוסר השינוי של השמיים.
טלסקופ שבירה
אולי בהתבסס רק על תיאורים של הטלסקופ המעשי הראשון שניסה הנס ליפרסהיי לרשום כפטנט בהולנד ב-1608, גלילאו, בשנה שלאחר מכן, יצר טלסקופ עם הגדלה של כ-3×. מאוחר יותר הוא יצר גרסאות משופרות עם הגדלה של עד כ-30×. עם טלסקופ גליליאני, הצופה יכול היה לראות תמונות מוגדלות וזקופות על פני כדור הארץ – זה מה שמכונה בדרך כלל טלסקופ יבשתי או משקפת. הוא יכול היה להשתמש בו גם כדי לצפות בשמיים; במשך זמן מה הוא היה אחד מאלה שיכלו לבנות טלסקופים טובים מספיק למטרה זו. ב-25 באוגוסט 1609, הוא הדגים את אחד הטלסקופים המוקדמים שלו, עם הגדלה של כ-8× או 9×, למחוקקים ונציאנים. טלסקופים היו גם צד רווחי עבור גלילאו, שמכר אותם לסוחרים שמצאו אותם שימושיים גם בים וגם כפריטי סחר. הוא פרסם את תצפיותיו האסטרונומיות הטלסקופיות הראשוניות במרץ 1610 בחיבור קצר שכותרתו "Sidereus Nuncius" (שליח הכוכבים).
Twenty questions, eight minutes on the clock, and a percentile measured against everyone who has taken it. No sign-up.
Take the IQ test →ירח
ב-30 בנובמבר 1609, כיוון גלילאו את הטלסקופ שלו אל הירח. אף על פי שלא היה האדם הראשון שצפה בירח דרך טלסקופ (המתמטיקאי האנגלי תומאס הריוט עשה זאת ארבעה חודשים לפני כן אך ראה רק "כתמיות מוזרה"), גלילאו היה הראשון להסיק את הסיבה לדעיכה הלא אחידה כחסימת אור מהרי הירח ומכתשים. במחקרו, הוא גם יצר מפות טופוגרפיות, והעריך את גובה ההרים. הירח לא היה מה שנחשב זמן רב לכדור שקוף ומושלם, כפי שטען אריסטו, ובקושי ה"כוכב" הראשון, "פנינה נצחית לעלות בצורה מפוארת אל האמפיריאום השמימי", כפי שהציג דנטה. גלילאו לעיתים מזוכה בגילוי הליברציה הירחית בקו רוחב ב-1632, אם כי תומאס הריוט או ויליאם גילברט עשויים היו לעשות זאת לפני כן.
הצייר צ'יגולי, חברו של גלילאו, כלל תיאור ריאליסטי של הירח באחד מציוריו; הוא כנראה השתמש בטלסקופ שלו כדי לבצע את התצפית.
ירחי צדק
ב-7 בינואר 1610, צפה גלילאו בטלסקופ שלו במה שתיאר באותה עת כ-"שלושה כוכבים קבועים, בלתי נראים לחלוטין בגלל קטנותם", כולם קרובים לצדק, ושוכבים על קו ישר דרכו. תצפיות בלילות שלאחר מכן הראו שמיקומם של "כוכבים" אלו ביחס לצדק השתנה בצורה שהייתה בלתי מוסברת אילו היו באמת כוכבים קבועים. ב-10 בינואר, ציין גלילאו שאחד מהם נעלם, תצפית שייחס לכך שהוא מוסתר מאחורי צדק. ב-13 בינואר הוא ראה ארבעה עצמים מובחנים, וב-15 בינואר הגיע למסקנה שהם מקיפים את צדק: הוא גילה את ארבעת הירחים הגדולים ביותר של צדק. תגלית זו סיפקה ראיות לטובת המודל ההליוצנטרי של קופרניקוס. גלילאו כינה את הקבוצה של ארבעה "כוכבי מדיצ'י", לכבוד פטרונו לעתיד, קוזימו השני דה מדיצ'י, הדוכס הגדול של טוסקנה, ושלושת אחיו של קוזימו. אסטרונומים מאוחרים יותר, לעומת זאת, שינו את שמם לירחים גליליאניים לכבוד מגלהם. ירחים אלו התגלו באופן עצמאי על ידי סימון מריוס ב-8 בינואר 1610 ונקראים כיום איו, אירופה, גנימד וקליסטו, השמות שניתנו על ידי מריוס ב-"Mundus Iovialis" שלו שפורסם ב-1614.
תצפיותיו של גלילאו על ירחי צדק עוררו מחלוקת באסטרונומיה: כוכב לכת עם כוכבי לכת קטנים יותר המקיפים אותו לא תאם את עקרונות הקוסמולוגיה האריסטוטלית, שקבעה שכל גרמי השמיים צריכים להקיף את כדור הארץ, ואסטרונומים ופילוסופים רבים סירבו בתחילה להאמין שגלילאו יכול היה לגלות דבר כזה. כשהחמיר את הבעיה הזו, אסטרונומים אחרים התקשו לאשר את תצפיותיו של גלילאו. כאשר הדגים את הטלסקופ בבולוניה, הנוכחים התקשו לראות את הירחים. אחד מהם, מרטין הורקי, ציין שכמה כוכבים קבועים, כמו ספיקה וירג'יניס, נראו כפולים דרך הטלסקופ. הוא לקח זאת כעדות לכך שהמכשיר מטעה בעת צפייה בשמיים, מה שהטיל ספק בקיומם של הירחים. מצפה הכוכבים של כריסטופר קלאוויוס ברומא אישר את התצפיות, ולמרות שלא היה בטוח כיצד לפרש אותן, העניק לגלילאו קבלת פנים של גיבור כשביקר בשנה שלאחר מכן. גלילאו המשיך לצפות בירחים במהלך שמונה עשר החודשים הבאים, ועד אמצע 1611, הוא השיג הערכות מדויקות להפליא לתקופות שלהם – הישג שיוהאנס קפלר האמין שהוא בלתי אפשרי.
גלילאו ראה שימוש מעשי לתגליתו. קביעת המיקום מזרח-מערב של ספינות בים דרשה שהשעונים שלהן יהיו מסונכרנים עם שעונים בקו האורך הראשי. לפתרון בעיית קו האורך הזה הייתה חשיבות רבה לניווט בטוח ופרסים גדולים נקבעו על ידי ספרד ומאוחר יותר הולנד עבור פתרונה. מכיוון שליקויי הירחים שגילה היו תכופים יחסית וניתן היה לחזות את זמניהם בדיוק רב, ניתן היה להשתמש בהם כדי לכוון שעוני ספינות וגלילאו הגיש מועמדות לפרסים. תצפית על הירחים מספינה התבררה כקשה מדי, אך השיטה שימשה לסקרים יבשתיים, כולל מיפוי מחדש של צרפת.
מופעי נוגה
מספטמבר 1610, צפה גלילאו שנוגה מציג סט מלא של מופעים בדומה לזה של הירח. המודל ההליוצנטרי של מערכת השמש של קופרניקוס חזה שכל המופעים יהיו גלויים מכיוון שמסלול נוגה סביב השמש יגרום להמיספרה המוארת שלו לפנות לכדור הארץ כשהוא בצד הנגדי של השמש ולפנות הרחק מכדור הארץ כשהוא בצד של כדור הארץ של השמש. במודל הגאוצנטרי של תלמי, היה בלתי אפשרי שאחד ממסלולי כוכבי הלכת יחצה את הקליפה הכדורית הנושאת את השמש. באופן מסורתי, מסלול נוגה מוקם כולו בצד הקרוב של השמש, שם הוא יכול להציג רק מופעי סהר וחדש. היה אפשר גם למקם אותו כולו בצד הרחוק של השמש, שם הוא יכול להציג רק מופעים גיבוסיים ומלאים. לאחר תצפיותיו הטלסקופיות של גלילאו על מופעי הסהר, הגיבוס והמלא של נוגה, המודל התלמאי הפך לבלתי אפשרי. בתחילת המאה ה-17, כתוצאה מתגליתו, הרוב הגדול של האסטרונומים עברו לאחד ממודלי כוכבי הלכת הגיאו-הליוצנטריים השונים, כגון המודלים הטיכוניים, הקפליאניים והקפליאניים המורחבים, כל אחד עם או בלי כדור ארץ מסתובב יומי. כולם הסבירו את מופעי נוגה ללא ה'הפרכה' של התחזית של ההליוצנטריות המלאה לפרלקסה כוכבית.
שבתאי ונפטון
בשנת 1610, צפה גלילאו גם בשבתאי, ובתחילה טעה בטבעותיו ככוכבי לכת, וחשב שמדובר במערכת בעלת שלושה גופים. כשצפה בכוכב הלכת מאוחר יותר, טבעות שבתאי היו מכוונות ישירות לכדור הארץ, מה שגרם לו לחשוב ששניים מהגופים נעלמו. הטבעות הופיעו מחדש כשצפה בכוכב הלכת ב-1616, מה שבלבל אותו עוד יותר.
גלילאו צפה בנפטון ב-1612. הוא מופיע במחברותיו כאחד מכוכבים עמומים רבים וחסרי חשיבות. הוא לא הבין שמדובר בכוכב לכת, אך הוא אכן ציין את תנועתו ביחס לכוכבים לפני שאיבד אותו.
כתמי שמש
גלילאו ביצע מחקרים בעין בלתי מזוינת ובטלסקופ על כתמי שמש. קיומם העלה קושי נוסף עם השלמות הבלתי משתנה של השמיים כפי שהוצבה בפיזיקה שמימית אריסטוטלית אורתודוקסית. שינוי שנתי לכאורה במסלוליהם, שנצפה על ידי פרנצ'סקו סיצי ואחרים ב-1612–1613, סיפק גם טיעון חזק נגד המערכת התלמאית ונגד המערכת הגיאו-הליוצנטרית של טיכו ברהה. סכסוך על עדיפות נטענת בגילוי כתמי שמש, ובפרשנותם, הוביל את גלילאו לסכסוך ארוך ומר עם הישועי כריסטוף שיינר. באמצע היה מארק וולסר, שאליו הודיע שיינר על תגליתו, ושביקש מגלילאו את דעתו. שניהם לא היו מודעים לתצפית ולפרסום המוקדמים יותר של כתמי שמש על ידי יוהאנס פבריציוס.
שביל החלב וכוכבים
גלילאו צפה בשביל החלב, שנחשב בעבר לערפילי, ומצא שהוא ריבוי של כוכבים דחוסים כל כך עד שנראו מכדור הארץ כעננים. הוא איתר כוכבים רבים אחרים רחוקים מכדי להיות גלויים לעין בלתי מזוינת. הוא צפה בכוכב הכפול מיזאר בדובה הגדולה ב-1617.
ב-"שליח הכוכבים", דיווח גלילאו שכוכבים נראו כסתם הבזקי אור, ללא שינוי מהותי במראה על ידי הטלסקופ, והנגיד אותם לכוכבי לכת, שהטלסקופ חשף כבעלי דיסקיות. אך זמן קצר לאחר מכן, ב-"מכתבים על כתמי שמש", דיווח שהטלסקופ חשף את צורותיהם של כוכבים וכוכבי לכת כ-"עגולים למדי". מאותה נקודה ואילך, הוא המשיך לדווח שטלסקופים הראו את עגולות הכוכבים, ושהכוכבים שנראו דרך הטלסקופ מדדו כמה שניות קשת בקוטרם. הוא גם הגה שיטה למדידת הגודל הנראה של כוכב ללא טלסקופ. שיטתו הייתה לתלות חבל דק בקו הראייה שלו לכוכב ולמדוד את המרחק המקסימלי שממנו הוא יסתיר לחלוטין את הכוכב. ממדידותיו של מרחק זה ושל רוחב החבל, הוא יכול היה לחשב את הזווית הנשענת על ידי הכוכב בנקודת הצפייה שלו.
ב-"דיאלוג" שלו, דיווח שמצא שהקוטר הנראה של כוכב מדרגה ראשונה אינו עולה על 5 שניות קשת, וזה של כוכב מדרגה שישית הוא כ-6 שניות קשת. כמו רוב האסטרונומים של ימיו, גלילאו לא זיהה שהגדלים הנראים של כוכבים שמדד היו מזויפים, שנגרמו על ידי עקיפה ועיוות אטמוספרי, ולא ייצגו את הגדלים האמיתיים של כוכבים. עם זאת, הערכיו של גלילאו היו קטנים בהרבה מהערכות קודמות של הגדלים הנראים של הכוכבים הבהירים ביותר, כגון אלו שנעשו על ידי ברהה, ואפשרו לגלילאו להתנגד לטיעונים אנטי-קופרניקאיים כגון אלו שהועלו על ידי טיכו שכוכבים אלו יצטרכו להיות גדולים בצורה אבסורדית כדי שהפרלקסות השנתיות שלהם יהיו בלתי ניתנות לזיהוי. אסטרונומים אחרים כגון סימון מריוס, ג'ובאני בטיסטה ריצ'יולי ומרטינוס הורטנסיוס ביצעו מדידות דומות של כוכבים, ומריוס וריצ'יולי הגיעו למסקנה שהגדלים הקטנים יותר לא היו קטנים מספיק כדי לענות על הטיעון של טיכו.
### תורת הגאות והשפל
הקרדינל בלרמינו כתב ב-1615 שלא ניתן להגן על המערכת הקופרניקאית ללא "הוכחה פיזיקלית אמיתית שהשמש לא מקיפה את כדור הארץ אלא כדור הארץ מקיף את השמש". גלילאו החשיב את תורתו על הגאות והשפל כמספקת ראיה כזו. תאוריה זו הייתה חשובה לו כל כך עד ש-"דיאלוג על שתי מערכות העולם המרכזיות" (1632), נקרא במקור "דיאלוג על הגאות והשפל של הים". ההתייחסות לגאות והשפל הוסרה מהכותרת בהוראת האינקוויזיציה.
עבור גלילאו, הגאות והשפל נגרמו על ידי התנודדות המים בימים הלוך ושוב כאשר נקודה על פני כדור הארץ האיצה והאטה בגלל סיבוב כדור הארץ על צירו והקפתו סביב השמש. הוא הפיץ את הדיווח הראשון שלו על הגאות והשפל ב-1616, ממוען לקרדינל אורסיני. התאוריה שלו נתנה תובנה לגבי חשיבות צורות אגני האוקיינוס בגודל ובתזמון של הגאות והשפל; היא הסבירה, למשל, את הגאות והשפל הזניחים באמצע הים האדריאטי בהשוואה לאלו שבקצוות.
התאוריה של גלילאו, לעומת זאת, נכשלת בהסבר התופעות הנצפות של גאות ושפל. היא מרמזת רק על גאות אחת ביום, ובדיווח שלו מ-1616, הוא טען שזה קרה באוקיינוס האטלנטי. הוא ייחס את שתי הגאות היומיות שנראו בוונציה ובמקומות אחרים לגורמים משניים, כולל צורת הים, עומקו וגורמים אחרים. עם זאת, גאות ושפל מתרחשים פעמיים ביום באוקיינוס האטלנטי וברוב הימים. לאחר שנודע לו זאת, גלילאו הציג את התאוריה שלו ב-"דיאלוג" מבלי להתייחס לאוקיינוס האטלנטי או למקומות אחרים עם גאות יומית אחת, והשאיר את שאלת הגאות היומית ללא פתרון. הוא גם דחה את הרעיון, הידוע מהעת העתיקה ועל ידי בן זמנו יוהאנס קפלר, שהירח גרם לגאות והשפל, שהוא הבסיס לתאוריות מודרניות.
### מחלוקת על שביטים ו-"הבוחן"
בשנת 1619, גלילאו הסתבך במחלוקת עם האב אורציו גראסי, פרופסור למתמטיקה בקולג'יו רומנו הישועי. זה התחיל כסכסוך על טבעם של שביטים, אך עד שגלילאו פרסם את "Il Saggiatore" (הבוחן) ב-1623, המטח האחרון שלו בסכסוך, זה הפך למחלוקת רחבה הרבה יותר על עצם טבעו של המדע עצמו. דף השער של הספר מתאר את גלילאו כפילוסוף ו-"Matematico Primario" של הדוכס הגדול של טוסקנה.
מכיוון ש-"הבוחן" מכיל עושר כזה של רעיונותיו של גלילאו על האופן שבו יש לתרגל מדע, הוא כונה המניפסט המדעי שלו. בתחילת 1619, האב גראסי פרסם בעילום שם חוברת, "ויכוח אסטרונומי על שלושת השביטים של שנת 1618", שדנה בטבעו של שביט שהופיע בסוף נובמבר של השנה הקודמת. גראסי הגיע למסקנה שהשביט היה גוף לוהט שנע לאורך קטע של מעגל גדול במרחק קבוע מכדור הארץ, ומכיוון שהוא נע בשמיים לאט יותר מהירח, הוא חייב להיות רחוק יותר מהירח.
הטיעונים והמסקנות של גראסי בוקרו במאמר עוקב, "דיון על שביטים", שפורסם תחת שמו של אחד מתלמידיו של גלילאו, עורך דין פלורנטיני בשם מריו גווידוצ'י, אם כי הוא נכתב ברובו על ידי גלילאו עצמו. גלילאו וגווידוצ'י לא הציעו תאוריה סופית משלהם על טבעם של שביטים, אם כי הם אכן הציגו כמה השערות מהססות שידוע כיום שהן מוטעות. (הגישה הנכונה לחקר שביטים הוצעה באותה עת על ידי טיכו ברהה.) בקטע הפתיחה שלו, הדיון של גלילאו וגווידוצ'י העליב ללא צורך את הישועי כריסטוף שיינר, והערות לא מחמיאות שונות על הפרופסורים של הקולג'יו רומנו היו מפוזרות לאורך העבודה. הישועים נעלבו, וגראסי השיב עד מהרה בחיבור פולמוסי משלו, "המאזניים האסטרונומיים והפילוסופיים", תחת שם העט לותאריו סארסיו סיגנסאנו, שהתיימר להיות אחד מתלמידיו שלו. "הבוחן" היה תשובתו המוחצת של גלילאו למאזניים האסטרונומיים. הוא הוכר רבות כיצירת מופת של ספרות פולמוסית, שבה הטיעונים של "סארסי" נתונים לבוז צורב. הוא התקבל בתשואות רחבות ושימח במיוחד את האפיפיור החדש, אורבנוס השמיני, שאליו הוקדש. ברומא, בעשור הקודם, ברבריני, האפיפיור אורבנוס השמיני לעתיד, נקט עמדה לצד גלילאו והאקדמיה הלינצ'אנית.
הסכסוך של גלילאו עם גראסי הרחיק לצמיתות ישועים רבים, וגלילאו וחבריו היו משוכנעים שהם אחראים להבאת גינויו המאוחר יותר, אם כי ראיות תומכות לכך אינן חד-משמעיות.
### מחלוקת על הליוצנטריות
בזמן הסכסוך של גלילאו עם הכנסייה, אירופה הייתה מזועזעת ממלחמות הדת והקונטרה-רפורמציה. רוב האנשים המשכילים דבקו בהשקפה הגאוצנטרית האריסטוטלית שכדור הארץ הוא מרכז היקום ומסלוליהם של כל גרמי השמיים, או במערכת החדשה של טיכו ברהה המשלבת גאוצנטריות עם הליוצנטריות. כתביו של גלילאו על הליוצנטריות נתקלו בהתנגדויות דתיות ומדעיות כאחד. התנגדות דתית עלתה מפסוקים מקראיים המרמזים על טבעו הקבוע של כדור הארץ. התנגדות מדעית הגיעה מברהה, שטען שהליוצנטריות תרמז על פרלקסה כוכבית שנתית, אם כי אף אחת לא נצפתה באותה עת. אריסטרכוס וקופרניקוס הניחו בצדק שהפרלקסה זניחה מכיוון שהכוכבים היו רחוקים כל כך. עם זאת, ברהה טען שמכיוון שנראה כי לכוכבים יש גודל זוויתי מדיד, אם הכוכבים היו רחוקים כל כך, הם היו צריכים להיות גדולים בהרבה מהשמש או אפילו ממסלול כדור הארץ. רק הרבה יותר מאוחר הבינו אסטרונומים שהגדלים הנראים של כוכבים נגרמו על ידי תופעה אופטית הנקראת דיסקת איירי, והיו פונקציות של בהירותם ולא של גודל פיזי אמיתי (ראו היסטוריה של גודל).
גלילאו הגן על הליוצנטריות בהתבסס על תצפיותיו האסטרונומיות מ-1609. בשנת 1611, אותה שנה שבה תגליותיו הטלסקופיות של גלילאו הוכרו על ידי חברים ישועים בקולג'יו רומנו, החלה ועדה של קרדינלים לחקור את גלילאו, בבירור אם היה מעורב במשפטו של צ'זארה קרמוניני, שלימד לצד גלילאו באוניברסיטת פדובה והואשם בכפירה. חקירות אלו סימנו את הפעם הראשונה ששמו של גלילאו הוזכר על ידי האינקוויזיציה הרומית.
בדצמבר 1613, הדוכסית הגדולה כריסטינה מפירנצה התעמתה עם אחד מחבריו וחסידיו של גלילאו, בנדטו קסטלי, עם התנגדויות מקראיות לתנועת כדור הארץ. בעקבות אירוע זה, כתב גלילאו מכתב בן שמונה עמודים לקסטלי שבו טען שהליוצנטריות למעשה אינה מנוגדת לטקסטים מקראיים ושהתנ"ך הוא סמכות באמונה ובמוסר, לא במדע. מכתב זה לא פורסם אך הופץ באופן נרחב. שנתיים לאחר מכן, כתב גלילאו מכתב לכריסטינה שהרחיב את טיעוניו לארבעים עמודים.
עד 1615, כתביו של גלילאו על הליוצנטריות הוגשו לאינקוויזיציה הרומית על ידי האב ניקולו לוריני, שטען שגלילאו וחסידיו מנסים לפרש מחדש את התנ"ך, מה שנראה כהפרה של ועידת טרנט ונראה בצורה מסוכנת כמו פרוטסטנטיות. לוריני ציטט במיוחד את מכתבו של גלילאו לקסטלי. גלילאו נסע לרומא כדי להגן על עצמו ועל רעיונותיו. בתחילת 1616, פרנצ'סקו אינגולי יזם ויכוח עם גלילאו, ושלח לו מאמר החולק על המערכת הקופרניקאית. גלילאו הצהיר מאוחר יותר שהוא מאמין שמאמר זה היה מכריע בפעולה נגד הקופרניקאיות שבאה בעקבותיו. אינגולי עשוי היה להיות ממונה על ידי האינקוויזיציה לכתוב חוות דעת מומחה על המחלוקת, כאשר המאמר מספק את הבסיס לפעולות האינקוויזיציה. המאמר התמקד בשמונה עשר טיעונים פיזיקליים ומתמטיים נגד הליוצנטריות. הוא שאל בעיקר מהטיעונים של טיכו ברהה, בעיקר שהליוצנטריות תדרוש מהכוכבים כפי שהם נראו להיות גדולים בהרבה מהשמש. המאמר כלל גם ארבעה טיעונים תאולוגיים, אך אינגולי הציע לגלילאו להתמקד בטיעונים הפיזיקליים והמתמטיים, והוא לא הזכיר את רעיונותיו המקראיים של גלילאו.
בפברואר 1616, ועדה אינקוויזיטורית הכריזה שהליוצנטריות היא "טיפשית ואבסורדית בפילוסופיה, וכפירה רשמית מכיוון שהיא סותרת במפורש במקומות רבים את משמעות כתבי הקודש". האינקוויזיציה מצאה שרעיון תנועת כדור הארץ "מקבל את אותו שיפוט בפילוסופיה ו... לגבי אמת תאולוגית, הוא לפחות שגוי באמונה". האפיפיור פאולוס החמישי הורה לקרדינל בלרמינו למסור ממצא זה לגלילאו, ולהורות לו לנטוש את ההליוצנטריות. ב-26 בפברואר, גלילאו נקרא למעונו של בלרמינו והוזמן "לנטוש לחלוטין... את הדעה שהשמש עומדת במרכז העולם וכדור הארץ נע, ומכאן ואילך לא להחזיק, ללמד או להגן עליה בשום אופן, בעל פה או בכתב". הצו של קונגרגציית האינדקס אסר על "De Revolutionibus" של קופרניקוס ועבודות הליוצנטריות אחרות עד לתיקון.
במשך העשור הבא, גלילאו נשאר רחוק מהמחלוקת. הוא החיה את הפרויקט שלו לכתיבת ספר בנושא, בעידוד בחירתו של הקרדינל מאפאו ברבריני לאפיפיור אורבנוס השמיני ב-1623. ברבריני היה חבר ומעריץ של גלילאו והתנגד להזהרת גלילאו ב-1616. ספרו של גלילאו, "דיאלוג על שתי מערכות העולם המרכזיות", פורסם ב-1632, באישור רשמי מהאינקוויזיציה וברשות אפיפיורית.
מוקדם יותר, האפיפיור אורבנוס השמיני ביקש אישית מגלילאו להציג טיעונים בעד ונגד הליוצנטריות בספר ולהיזהר שלא לתמוך בהליוצנטריות. בין אם שלא בידיעה או במכוון, סימפליציו, המגן על ההשקפה הגאוצנטרית האריסטוטלית ב-"דיאלוג על שתי מערכות העולם המרכזיות", נתפס לעיתים קרובות בטעויותיו שלו ולעיתים נתפס כטיפש. אכן, אף על פי שגלילאו מציין בהקדמת ספרו שהדמות נקראת על שם פילוסוף אריסטוטלי מפורסם (סימפליקיוס בלטינית, "סימפליציו" באיטלקית), לשם "סימפליציו" באיטלקית יש גם קונוטציה של "טיפש".
תיאור זה של סימפליציו גרם ל-"דיאלוג על שתי מערכות העולם המרכזיות" להיראות כפולמוס נגד הגאוצנטריות האריסטוטלית בהגנה על התאוריה הקופרניקאית. רוב ההיסטוריונים מסכימים שגלילאו לא התכוון ללעוג והופתע באמת מהתגובה לספרו.
עם זאת, האפיפיור לא לקח בקלות את חוסר הכבוד הציבורי הנתפס, וגם לא את התמיכה הקופרניקאית. דאבה סובל טוענת שלפני משפטו ופסק דינו של גלילאו ב-1633 על כפירה, האפיפיור אורבנוס השמיני הואשם בחולשה בהגנה על הכנסייה, והפך טרוד בתככים בחצר ובבעיות מדינה, כשהוא חושש אפילו לחייו שלו. בהקשר זה, סובל טוענת שאורבנוס הרגיש נבגד על ידי הדיאלוגים של גלילאו, ואנשי חצר ואויבי גלילאו ניצלו רגש זה. מריו ליביו מציב את פרשת גלילאו בהקשר של מדע ופוליטיקה מודרניים, תוך יצירת הקבלה להכחשת מדע עכשווית.
גלילאו הרחיק את תומכו החזק ביותר, האפיפיור, ונקרא לרומא להגן על כתביו בספטמבר 1632. הוא הגיע לבסוף בפברואר 1633 והובא בפני האינקוויזיטור וינצ'נצו מקולאני כדי להיות מואשם. לאורך כל משפטו, גלילאו טען בעקביות שמאז 1616 הוא קיים בנאמנות את הבטחתו לא להחזיק באף אחת מהדעות המגונות, ובתחילה הוא אפילו הכחיש שהגן עליהן. עם זאת, הוא שוכנע בסופו של דבר להודות שבניגוד לכוונה המוצהרת שלו, קורא של הדיאלוג שלו יכול בהחלט לקבל את הרושם שמדובר בהגנה על קופרניקאיות. לאור הכחשתו הבלתי סבירה למדי של גלילאו שהוא אי פעם החזיק ברעיונות קופרניקאיים לאחר 1616 או אי פעם התכוון להגן עליהם בדיאלוג, חקירתו הסופית, ביולי 1633, הסתיימה באיום בעינויים אם לא יגיד את האמת, אך הוא שמר על הכחשתו למרות האיום.
גזר הדין של האינקוויזיציה ניתן ב-22 ביוני. הוא היה בשלושה חלקים חיוניים:
גלילאו נמצא "חשוד מאוד בכפירה" (אם כי מעולם לא הואשם רשמית בכפירה, מה שפטר אותו מעונש גופני), על כך שהחזיק בדעות שהשמש נמצאת ללא תנועה במרכז היקום, שכדור הארץ אינו במרכזו ונע, ושאפשר להחזיק ולהגן על דעה כסבירה לאחר שהוכרזה כמנוגדת לכתבי הקודש. הוא נדרש "להתכחש, לקלל ולתעב" דעות אלו.
- הוא נידון למאסר רשמי לפי רצון האינקוויזיציה. למחרת, זה הומר למעצר בית, שבו נשאר למשך שארית חייו.
- הדיאלוג הפוגעני שלו נאסר; ובפעולה שלא הוכרזה במשפט, נאסר פרסום כל עבודותיו, כולל כל אלו שעשויים היה לכתוב בעתיד.
על פי אגדה פופולרית, לאחר שחזר בו מהתאוריה שלו שכדור הארץ נע סביב השמש, מלמל גלילאו את הביטוי המורד "ואף על פי כן נוע תנוע". הדיווח הכתוב המוקדם ביותר הידוע של האגדה מתוארך למאה לאחר מותו. תמיכה באגדה הייתה טענה שציור משנות ה-1640 של הצייר הספרדי ברתולומה אסטבן מוריו או אמן מבית ספרו, שבו המילים היו מוסתרות עד עבודת שיקום ב-1911, מתאר גלילאו כלוא ככל הנראה מביט במילים "E pur si muove" הכתובות על קיר הצינוק שלו. בהתבסס על הציור, סטילמן דרייק כתב "אין ספק כעת שהמילים המפורסמות כבר יוחסו לגלילאו לפני מותו". עם זאת, חקירה אינטנסיבית של האסטרופיזיקאי מריו ליביו מסיקה שציור המוריו המשוער הוא ככל הנראה עדכני הרבה יותר, עותק של ציור פלמי מ-1837 מאת רומן-יוג'ין ואן מלדגם.
לאחר תקופה עם הידיד אסקניו פיקולומיני (ארכיבישוף סיינה), הורשה גלילאו לחזור לווילה שלו בארצ'טרי שליד פירנצה ב-1634, שם בילה חלק מחייו במעצר בית. הוא נצטווה לקרוא את שבעת מזמורי התשובה פעם בשבוע במשך שלוש השנים הבאות. עם זאת, בתו מריה צ'לסטה הקלה עליו את הנטל לאחר שהשיגה אישור כנסייתי לקחת זאת על עצמה.
בזמן שהיה במעצר בית, הקדיש גלילאו את זמנו לאחת מיצירותיו הטובות ביותר, "שני מדעים חדשים", סיבה מרכזית לכך שאלברט איינשטיין כינה את גלילאו "אבי הפיזיקה המודרנית". כאן הוא סיכם עבודה שעשה כארבעים שנה קודם לכן, על שני המדעים הנקראים כיום קינמטיקה וחוזק חומרים. הוא פורסם בהולנד כדי להימנע מצנזורה קתולית. גלילאו התעוור לחלוטין ב-1638 ופיתח בקע כואב ונדודי שינה, והותר לו לנסוע לפירנצה לקבלת ייעוץ רפואי.