除了天文學(xué)發(fā)現(xiàn)之外，伽利略也推翻了亞里士多德對(duì)運(yùn)動(dòng)的許多觀點(diǎn)，這些觀點(diǎn)塑造了人們對(duì)真實(shí)世界的看法將近2000年。亞里士多德斷言重物會(huì)比輕物掉落得更快，而日后的哲學(xué)家也相信這種說法。伽利略率先進(jìn)行真實(shí)的實(shí)驗(yàn)——拋下及滾動(dòng)不同重量的物體——結(jié)果與亞里士多德的理論不符，而這也替運(yùn)動(dòng)與重力的科學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)。不過他簡潔的思想實(shí)驗(yàn)，早就對(duì)亞里士多德對(duì)落體的描述提出質(zhì)疑：根據(jù)亞里士多德的說法，1千克重的物體與10千克重的物體會(huì)以不同的速度掉落。伽利略問，如果把它們綁在一起，它們掉落的速度會(huì)多快呢？根據(jù)亞里士多德的說法，較輕的物體會(huì)拖累較重的物體，因此一起掉落的速度會(huì)較慢。然而綁在一起會(huì)形成11千克的重量，應(yīng)該會(huì)掉得更快。亞里士多德的理論發(fā)生自相矛盾，因此不可能是正確的。伽利略寫道：“對(duì)于亞里士多德的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，還需要更多的證明嗎？”

伽利略熱切地鉆研阿基米德的研究。阿基米德以數(shù)學(xué)方法來處理杠桿原理、平面與立體物體的重心，以及浮體，在受到這樣的啟發(fā)后，伽利略深信科學(xué)必須建構(gòu)在測(cè)量與數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)之上。阿基米德在研究水中物體的浮力上已有偉大的進(jìn)展，伽利略了解空氣也是流體，應(yīng)該也賦予物體浮力。他認(rèn)為這就是他所觀察到的、較重與較輕物體的掉落速度有些微小差異的原因。在他生命即將結(jié)束之際，他宣稱一塊鉛與一團(tuán)羊毛在真空中會(huì)以相同的速度掉落。如果能看到阿波羅15號(hào)的宇航員史考特（David R. Scott）于1971年8月2日在無空氣的月球表面所示范的證明，他肯定會(huì)感到欣慰。那天史考特同時(shí)拋下一根羽毛和一把槌子，讓地球上的電視觀眾親眼看到了這兩個(gè)物體同時(shí)掉落在月球表面上。

只要互相競爭的天文理論能被視為虛構(gòu)的數(shù)學(xué)小說，而且是為了讓日歷保持秩序、協(xié)助占星與導(dǎo)航，教堂就愿意保持不介入爭論的超然態(tài)度。但是伽利略的觀察，仔細(xì)繪制的木星衛(wèi)星群、金星的盈缺，以及太陽表面的黑子，都把這一議題帶入真實(shí)世界。更糟的是，伽利略堅(jiān)持要以意大利文而非拉丁文著作，并且還向民眾大力傳播他的激進(jìn)觀念。這不再只是數(shù)學(xué)。地球要是不靜止，就是會(huì)運(yùn)行。地球與其上的人類要不是如教堂判定的，位于世界的中心，就是在太空中漫游，地位就不甚重要了。

雖然教宗保祿五世所領(lǐng)導(dǎo)的教會(huì)在剛開始時(shí)容忍伽利略及其新發(fā)現(xiàn)，但這樣的寬容很快就消失了。羅馬的宗教裁判所于1616年2月宣判地動(dòng)說為異端邪說，并將哥白尼的《天體運(yùn)行論》列為禁書，直到內(nèi)容“修正”為止。這項(xiàng)禁令并未直接提及伽利略，但教宗派出著名的耶穌會(huì)神學(xué)家樞機(jī)主教貝拉明（Cardinal Roberto Bellarmino），親自警告伽利略要停止宣傳或捍衛(wèi)哥白尼的觀念。于是在后來的7年，伽利略僅將哥白尼系統(tǒng)當(dāng)成假設(shè)來討論。不過他的敵人，那些因他的發(fā)現(xiàn)、成功與奮戰(zhàn)風(fēng)格而感受到威脅的神學(xué)家與哲學(xué)家，則持續(xù)向宗教裁判所散布他的謠言。

1623年，巴爾貝里尼（Maffeo Barberini）成為新教皇烏爾班八世（Urban VIII）。伽利略與巴爾貝里尼熟識(shí)，視他為盟友，因此前往羅馬與他對(duì)談，后來就在這位教皇的同意下，他得以比較哥白尼與托勒密的系統(tǒng)，并寫出結(jié)果。伽利略趁這個(gè)機(jī)會(huì)寫下他廣受歡迎且極具影響力的《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》。這本書首見于1632年，內(nèi)容是三個(gè)角色在四“天”中進(jìn)行的辯論，這三個(gè)角色分別是擁護(hù)哥白尼的薩維拉提（Salviati）、具有常識(shí)的薩格列多（Sagredo）以及亞里士多德學(xué)派的辛普利西奧（Simplicio）。

結(jié)果伽利略卻驚慌地發(fā)現(xiàn)，一度是他的朋友，而且支持他的教皇轉(zhuǎn)而反對(duì)他。歷史學(xué)家至今仍在爭論原因。烏爾班八世可能是因?yàn)樵阼蟮賹鶅?nèi)部的陰謀及橫掃歐洲的宗教戰(zhàn)爭，而感到特別脆弱。長期不信任伽利略的耶穌會(huì)士也日益強(qiáng)大。此外，伽利略通過書中明顯的輸家辛普利西奧這個(gè)角色，說出了烏爾班教皇曾說過的一句話，“容易犯錯(cuò)的人類可能無法了解上帝的旨意”，可能令教皇覺得個(gè)人受到冒犯。無論理由為何，教皇下令展開調(diào)查。一個(gè)月不到，他的謀士就建議將伽利略以違反稍早的教皇警告加以審判。宗教裁判所命令伽利略前往羅馬。這場(chǎng)審判費(fèi)時(shí)四個(gè)多月，最后可怕的宗教裁判所把他的《 關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話 》列入禁書清單，并且判決伽利略因涉嫌宣傳異端而“罪大惡極”。

伽利略與教會(huì)不平等的對(duì)抗以他下跪認(rèn)罪告終。1633年6月22日星期三，他承認(rèn)：

我以一顆誠摯的心和真實(shí)的信念，公開放棄、詛咒與憎恨曾前述之錯(cuò)誤與異端邪說……我發(fā)誓在未來不再以口頭或書面發(fā)表或宣稱任何可能對(duì)我造成類似嫌疑之內(nèi)容。

同一年的年底，異端裁判所允許伽利略返回他位于佛羅倫薩的宅邸。他顯然已身心俱疲，并在多封信中描述自己有嚴(yán)重心悸與食欲不佳的情形。他在沮喪的情緒下，渴望能與深愛的女兒瑪麗亞（Maria Celeste）團(tuán)聚。她是位修女，1634年春天過世。到了1638年1月，具有偉大遠(yuǎn)見的伽利略已經(jīng)眼盲。他寫信給一位朋友表示：“我把先前所認(rèn)可的天空、地球與宇宙界限放大了一百倍，不，一千倍，但現(xiàn)在對(duì)我而言，它們已縮小成由我個(gè)人占滿的狹隘空間?！?/p>

伽利略于1642年1月8日逝世，但是他以大膽開闊的心靈，不休不眠的觀察與實(shí)驗(yàn)，對(duì)所有物理現(xiàn)象均能以力學(xué)解釋且以數(shù)學(xué)為科學(xué)之自然語言的堅(jiān)持，以及積極奮戰(zhàn)的勇氣，為未來的科學(xué)家指引出了一條清晰的道路。