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伽利略于1632年出版了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，1636年写成了另一部著作《关于两门新科学的对话》。由于罗马教廷那时候已经给他判了罪，这部书在意大利出版有困难，伽利略于是请朋友把手稿带出去，并于1638年，即他逝世前四年在荷兰莱顿首次出版。这也是他最后和最重要的一部著作。
《关于两门新科学的对话》仍采用三人对话的形式写成，三位对话者与《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》相同，即萨耳维亚蒂（作为伽利略本人的代言人）、辛普里修（一位亚里士多德学说的诠释者）和萨格利多（一位开明的受教育的普通人），全书共分四个部分，即“四天”。在书中，伽利略改进了他以前对运动以及力学原理的研究，集中讨论了两门科学，即材料强度的研究和运动的研究。
伽利略这部著作的“第一天”里，包括了许多内容。他一开始谈的是材料的强度，这个论题在“第二天”里有详细的论述，实际上是“材料力学”这门学科的先声。然后是关于真空的讨论，他在这里记载了用水泵抽水只能够抽到一个极限高度的经验事实，表示了对于亚里士多德“自然拒斥真空”信条的怀疑。接着，在关于物体是无限可分还是有限可分的讨论之后，他又叙述了他自己设计并且实行过的一种测定光的传播速度是无限还是有限的实验。
在“第一天”里，伽利略着重讨论了亚里士多德关于重的物体下落得比轻的物体快得多的说法。他说自己曾经做过实验，观察到从高处下落的一个100磅的炮弹和一颗半磅的子弹是差不多同时落地的，不过他没有讲是不是像传说那样在比萨斜塔上扔下来的。伽利略还用一个重的物体可以看作是由两个较轻的物体组合而成的例子，成功地在逻辑上反驳了亚里士多德。然而，他也没有简单地完全否定亚里士多德的说法，而是将其试图解释为那是在稠密介质中落下的规律。
在“第一天”的最后，伽利略还从观察教堂里的吊灯摆动的等时性开始，进一步讨论共振现象，并且由他自己设计的一个在不同的激发条件下，从容器里的水面（或者铜板上）纹波疏密比例与先后发出的声音对比的实验，判定描写音高的物理量应当是频率。这真是一项了不起的成就。其实，我国在伽利略之前几百年，早就制造出如今在许多旅游景点都不难见到其踪影的“鱼洗”，它实际上是与伽利略的实验器具性质类似的一种声学仪器。我曾经亲自观察到一具仿古鱼洗，当其振动频率的比为2∶3时，先后发出的“嗡”声音高差一个五度音程。那么，假如我们的祖先具有伽利略的头脑，本来也是可以发现这一规律的。
爱因斯坦在为伽利略的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》英译本写的序言里特别指出：“常听人说，伽利略之所以成为近代科学之父，是由于他以经验的、实验的方法来代替思辨的、演绎的方法。但我认为，这种理解是经不起严格审查的。任何一种经验方法都有其思辨概念和思辨体系……把经验的态度同演绎的态度截然对立起来，那是错误的，而且也不代表伽利略的思想。”
所以，真正重要的不在于伽利略做了什么实验，而在于他为什么想到要做这些实验。因为，伽利略既然是近代科学的开创者，他手上就不可能有什么近代的科学仪器。唯一的例外是伽利略听到荷兰人发明了望远镜之后，自己动手制作的天文望远镜。不过在他的望远镜提供了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》的不少论据之时，同《关于两门新科学的对话》却没有多少关系。上面提到的落体实验、声学实验、对摆动的观察，以及在“第三天”里谈到的斜面实验，等等，需要的器材是那么简单，任何一个同时代的，甚至是早得多的文明古国都可以办得到，问题是有没有人想得到而已。
伽利略关于测量光速的实验原理上完全正确，只是由于当时未掌握高精度的测量手段而没有得到确定的结论。还有一个类似的例子，两百年前数学家和测量师高斯为了验证我们所处的空间是否为欧几里得空间，曾经测量过以三座山峰为顶点的一个三角形的内角和是否等于180度，也是因为仪器的精确度不够而没有得到确定的结论。他们为什么要做这种事，正是受到探究自然界奥秘的科学精神的驱使。如果仅仅把科学定位成用来制造产品的生产力，那是不可能想到要做这一类实验的。我以为，这应该是我们从《关于两门新科学的对话》里得到的最重要的思想上的启迪。
《关于两门新科学的对话》的“第三天”的标题是“位置的变化 地上的运动”。按照伽利略自己的介绍，这里依次谈了“稳定的或匀速的”运动，“在自然界发现的加速运动”即匀加速运动，以及“抛射运动”。其中最后一部分即“抛体的运动”，实际上是在“第四天”里讨论的课题。
法沃罗写的《序言》里把伽利略这方面的论述仅仅称为“运动理论”或者“运动的科学”，但在《英译者前言》里却说是“动力学”，而《中译者的话》里更是说“伽利略是开创动力学的第一人”和“这本书的大部分是他关于落体、抛体和动力学基本规律方面研究的总结”。
我以为，法沃罗的说法更接近于伽利略的原意。例如，上面已经提到，伽利略没有把匀加速运动称为“在重力作用下的加速运动”，而仅仅说是“在自然界发现的加速运动”，就不像是一种动力学的表述，因为“动力学”的现代意义不仅仅是关于运动的描写，而是研究“物体受到相互作用时的运动变化”。而且，伽利略还在书中明确地宣称“现在似乎还不是考察自由运动之加速原因的适当时刻……在目前，我们这位作者的目的仅仅是考察并证明加速运动的某些性质（不论这种加速的原因是什么）”。（见本书第52页）
伽利略这样小心翼翼地尽量避免谈论加速的原因，显然是为了与亚里士多德的“四因说”划清界限。不过，伽利略关于几种运动形式的研究，已经把读者带到了真正的动力学的大门。他们走到这里，只需要再迈出一步，就可以进入动力学的领域。所以，与其把伽利略称为动力学的创始人，不如说他是铺平了通向动力学的道路的先驱。
还有一个有趣的问题。在伽利略寻求“自然加速运动”的规律时，做出了从静止出发的这种运动的速度不可能与经过的路程成比例的逻辑论证。可是，这种论证是不对的，因为路程与时间的指数成比例的运动就具有这种性质。不过这也不能怪伽利略，因为那时候还没有发明在后一种推导里需要用到的微积分，所以他在论证中未能区别平均速度和瞬时速度这两个概念。
除此之外，伽利略在这部著作里关于几种运动形式的讨论还是比较清楚的，读者们不难自行阅读和领会。而且，伽利略也没有把上述逻辑论证作为唯一的依据，最后还是用自己设计的斜面实验来验证他关于在“自然加速运动”里速度与时间成比例的假定的。