Ce faisant, les théologiens s'en tenaient à une interprétation de la Bible selon le seul sens littéral, comme cela devenait fréquent au XVIIe siècle comme pendant toute l'époque moderne[44]. Malade, Galilée ne peut se rendre à Rome qu'en février 1633. Les interrogatoires se poursuivent jusqu'au 21 juin avec une menace de torture; Galilée cède. Le 22 juin 1633, au couvent dominicain de Santa-Maria, la sentence est rendue: « Il est paru à Florence un livre intitulé Dialogue des deux systèmes du monde de Ptolémée et de Copernic dans lequel tu défends l'opinion de Copernic. Par sentence, nous déclarons que toi, Galilée, t'es rendu fort suspect d'hérésie, pour avoir tenu cette fausse doctrine du mouvement de la Terre et repos du Soleil.
Galilée observe la régularité du mouvement du pendule simple et le décrit en 1638. Il affirme que la période d'un pendule ne dépend pas de sa masse mais de sa longueur et il énonce la loi sur les périodes: les carrés des périodes d’oscillations sont proportionnels aux longueurs des pendules[8]. La formule (dans le cadre de l'approximation des petites oscillations) s'énonce de nos jours sous la forme suivante: avec la période des oscillations, la longueur du pendule et l'intensité de la pesanteur. Galilée entame des études de médecine, mais n'ayant aucun goût pour la médecine et la philosophie aristotélicienne, il les abandonne[9].
Il est invité le 29 mars 1611 par le cardinal Maffeo Barberini (futur Urbain VIII) à présenter ses découvertes au Collège pontifical de Rome et à la jeune Académie des Lyncéens. Galilée reste dans la capitale pontificale un mois complet, durant lequel il reçoit tous les honneurs. L'Académie des Lyncéens notamment, lui réserve un accueil enthousiaste et l'admet en tant que 6e membre.
Cependant, alors que j'avais été condamné par injonction du Saint-office d'abandonner complètement la croyance fausse que le Soleil est au centre du monde et ne se déplace pas, et que la Terre n'est pas au centre du monde et se déplace, et de ne pas défendre ni enseigner cette doctrine erronée de quelque manière que ce soit, par oral ou par écrit; et après avoir été averti que cette doctrine n'est pas conforme à ce que disent les Saintes Écritures, j'ai écrit et publié un livre dans lequel je traite de cette doctrine condamnée et la présente par des arguments très pressants, sans la réfuter en aucune manière; ce pour quoi j'ai été tenu pour hautement suspect d'hérésie, pour avoir professé et cru que le Soleil est le centre du monde, et est sans mouvement, et que la Terre n'est pas le centre, et se meut.
J'abjure et maudis d'un cœur sincère et d'une foi non feinte mes erreurs[46]. » Le fameux aparté attribué à Galilée E pur si muove! (ou Eppur si muove - « Et pourtant elle tourne ») est probablement apocryphe[47], [48]: cette rétractation l'aurait en effet immédiatement fait passer pour relaps aux yeux de l'Église et aurait pu lui faire risquer le bûcher, voire perdre tout espoir de commutation de sa peine.
Enfant, il s'amuse à réaliser les maquettes de machines qu'il a aperçues[2]. Il est éduqué chez ses parents jusqu'à l'âge de 10 ans. Ceux-ci déménagent alors à Florence et le confient à un prêtre du voisinage, Jacopo Borghini, pendant deux ans[3]. Par la suite, Galilée entre au couvent de Santa Maria de Vallombrosa et y reçoit une éducation religieuse. Poussé au noviciat par ses maîtres[4], il ne poursuit pas sa carrière ecclésiastique très longtemps: son père, profitant d'une maladie des yeux de son fils, le ramène à Florence en 1579. Deux ans plus tard, Vincenzo Galilei l'inscrit à l'université de Pise où il suit des cours de médecine (sur les traces d'un de ses glorieux ancêtres, le magister (maître) Galilaeus de Galilaeis), (1370 - ~1450), mais sans y porter de l'intérêt.
Le pape lui-même ne peut qu'avaliser le reproche des adversaires de Galilée à qui il avait demandé une présentation neutre des deux théories, pas un plaidoyer en faveur du seul Copernic. D'autant qu'à cette époque les systèmes se déduisent par simple transformation mathématique l'un de l'autre: seul le pendule de Foucault apportera, bien plus tard, une preuve de la rotation de la Terre sur elle-même, sa rotondité étant acquise depuis Aristote sur lequel l'Église comme l'Université s'alignaient alors (Terre sphérique et immobile au centre de l'Univers) et par l'expédition de Magellan bien avant la naissance de Galilée. Le pape se sent alors doublement trahi, ce qui le pousse à prendre une décision stricte. Il doit de même agir vite, car, avec le succès du livre, Galilée devient un personnage célèbre, déchaînant la colère de ses opposants.
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Conséquemment, avec un cœur sincère, il faut que tu abjures et maudisses devant nous ces erreurs et ces hérésies contraires à l’Église. Et afin que ta grande faute ne demeure impunie, nous ordonnons que ce Dialogue soit interdit par édit public, et que tu sois emprisonné dans les prisons du Saint-office[45] » Il prononce également la formule d'abjuration que le Saint-office avait préparée: « Moi, Galileo, fils de feu Vincenzo Galilei de Florence, âgé de soixante-dix ans, ici traduit pour y être jugé, agenouillé devant les très éminents et révérés cardinaux inquisiteurs généraux contre toute hérésie dans la chrétienté, ayant devant les yeux et touchant de ma main les Saints Évangiles, jure que j'ai toujours tenu pour vrai, et tiens encore pour vrai, et avec l'aide de Dieu tiendrai pour vrai dans le futur, tout ce que la Sainte Église catholique et apostolique affirme, présente et enseigne.
En avril 1610, à Bologne, par exemple, la démonstration de la lunette est désastreuse, ainsi que le rapporte Martin Horky dans une lettre à Kepler. Galilée lui-même reconnaissait, en mars 1610, que, sur plus de 60 lunettes qu'il avait construites, quelques-unes seulement étaient adéquates. De nombreux témoignages, y compris celui de Kepler, confirment la médiocrité des premiers instruments. Montées sur de simple tubes en bois ou de carton[22], les lentilles conçues par Galilée permirent pour la première fois à l'œil humain d'étudier de près la Lune, les taches solaires et les planètes et leurs satellites. Deux des lunettes astronomiques construites par Galilée sont exposées au Musée Galilée. L'observation de la Lune Phases de la Lune dessinées par Galilée en 1616. Pendant l'automne, Galilée continue à développer sa lunette.