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1579年，布鲁诺获释后来到法国南部重镇土鲁斯，在当地一所大学任教，他在一次辩论会上，发表了新奇大胆的言论，抨击传统看法，引起了该校一部分反动教授和学生的反对，他被迫离开了土鲁斯。1581年，布鲁诺来到巴黎，在巴黎大学宣传唯物主义和新的天文学观点，遭到法国天主教和加尔文教的围攻。1583年，他逃往伦敦。这个时期是他思想完全成熟和创作高峰的年代。
这些年他发表了数部用意大利文写的作品：《灰堆上的华宴》、《论原因、本原与太一》、《论无限、宇宙、与众世界》、《驱逐趾高气扬的野兽》、《飞马和野驴的秘密》、《论英雄热情》等等。这些著作语言丰富生动，论述尖锐泼辣，结构严谨无隙，既可见当时哲学论战之尖锐激烈，又体现出他宣传新思想的满腔热情。在牛津大学的一次辩论会上，布鲁诺为捍卫哥白尼的太阳中心说，发表演说批判了被教会奉为神圣不可侵犯的托勒密地心说，同经院哲学家门展开了激烈的论战，于是布鲁诺又被禁止讲课。
1585年，布鲁诺返回巴黎。第二年春天，在巴黎最古老的著名学府索尔蓬纳大学组织了一次大规模的辩论会，他在演说中再次论证了他的宇宙观。由于他反对被教会奉为绝对权威的亚里士多德和托勒密，被再次驱逐出法国。后来布鲁诺又去德国、捷克讲学，漂泊了六年。在侨居法兰克福期间，他又发表了三部用拉丁文撰写的著作：《论三种极小和限度》、《论单子、数和形》和《论无量和无数》。
由于布鲁诺在欧洲广泛宣传他的新宇宙观，反对经院哲学，进一步引起了罗马宗教裁判所的恐惧和仇恨。1592年，罗马教徒将他诱骗回国，并逮捕了他。刽子手们用尽种种刑罚仍无法令布鲁诺屈服。他说：“高加索的冰川，也不会冷却我心头的火焰，即使像塞尔维特那样被烧死也不反悔。”他还说：“为真理而斗争是人生最大的乐趣”。经过8年的残酷折磨后，布鲁诺被处以火刑。
1600年2月17日凌晨，罗马塔楼上的悲壮钟声划破夜空，传进千家万户。这是施行火刑的信号。通往鲜花广场的街道上站满了群众。布鲁诺被绑在广场中央的火刑柱上，他向围观的人们**的宣布：“黑暗即将过去，黎明即将来临，真理终将战胜邪恶！”最后，他高呼“火，不能征服我，未来的世界会了解我，会知道我的价值。”刽子手用木塞堵上了他的嘴，然后点燃了烈火。布鲁诺在熊熊烈火中英勇就义。
1616年，伽利略前往罗马，为他此前关于日心说的著作和公开言论作辩护。在此之前，有一些批评者指控伽利略传播与《圣经》相左的观点。然而这时，许多——甚或绝大多数的教职人员已经得出结论，哥白尼的日心体系在预言天体位置（因为历法改革的缘故，这对教会尤其重要）时具有很高的精确度，并且十分有用。
但是仍然存疑的是，这个宇宙体系是否是对真实情况的正确描述？最关键的是，从没有人能够令人信服地证明哥白尼学说的基本假设——地球是否以很高的速度绕太阳运转。其次，有一些《圣经》经文仿佛暗示地球静止地位于宇宙的中心。当时这是一个异乎寻常的棘手问题。
当时的天主教会处于历史的紧要关头，正面临着新教改革的压力。教会对于任何有可能质疑其对《圣经》解释权的争论都特别在意。
当伽利略1616年在罗马逗留时，得到了来自某些有权力的自由主义神学家的支持。特别是枢机主教圣罗伯特明和巴贝里尼，他们辩解道，如果有一天哥白尼的宇宙体系被证明是正确的，那么教会将不得不重新解释那些看起来与之矛盾的经文。
无论如何，他们都支持伽利略最后的妥协方案：在能拿出最终的证明之前，伽利略应该承认日心说仅仅是一种假设，并不把它作为对宇宙的真实描述加以推广。
时间到了1624年，伽利略认为自己已经找到了苦苦寻觅的证明。更妙的是，他的旧盟友，此时已加冕成为教皇乌尔班八世。
这一年，伽利略回到罗马，六次觐见了新教皇。在会谈中，伽利略向教皇保证，他已经找到了地球运动的证据。乌尔班对这种实证可能带来的影响更有兴趣。他忧虑的是教会该如何处理这一证明带来的神学方面的问题。他同意伽利略就日心说问题进行写作，但是不许他将日心说描述为事实（而仅仅是一个有用的假设），除非他真的能证明日心说。
1632年，当伽利略确信自己掌握着日心说所需要的证明，并且感到教皇本人已批准了他的工作后，便出版了他的《两种世界体系的对话》一书。然而，仍存在着一个问题：伽利略的新证明没有意义。这个虚假的论辩是关于潮汐现象如何证明了地球绕太阳运动的。但是潮汐的起因并不是这个。当外界开始施加压力时，伽利略却根本不知道如何证明地球真的在运动。伽利略因此越过了那条十六年前划定的界限——他正在推行一种与《圣经》不符的思想，却又没有提供关于其真实性的令人信服的证据。（为了保护自己，伽利略在书中加了一个序言，声明自己对日心说的态度是把它当作纯粹的假说。但仅仅是对《对话》的粗略阅读也会看出上述说法不过是一种托辞）。
伽利略的批评者在罗马立即展开了对其论据薄弱环节的争论。批评者认为应该指控伽利略犯了严重罪行：他违背了教皇的命令，并且推广与《圣经》相左的学说。（作者的重要说明：不像后人通常认为的那样，伽利略从未被指控为异端。异端是一种更加严重的罪行，会给被指控者带来极其严重的处罚。读者应该明白这种处罚是什么。）
到了1633年，伽利略被召回罗马以回应这些指控。对他的审判是一场拉锯式的战斗，牵涉到了包括教会法律、神学、数学在内的许多技术细节，最后由类似于陪审团的机构来裁决。在随后的辩护书中，伽利略承认自己在没有充分证据的情况下，将日心说作为事实来推广是走得太远了。他承诺再也不这样做了。控辩双方同意达成一个顾全面子的折衷方案。
然后，几乎就在最后一刻（原因仍是一个谜），宗教裁判所驳回了这个控辩合约，宣布了最终裁决。这个判决出人意料地刺耳：伽利略被判有罪，因为他是“异端般地持怀疑态度”（这虽然没有直接被称为“异端”那么糟，但仍然比违抗指令和推行与《圣经》向左的教义严重得多），并要求他公开发誓放弃对日心说的信仰。
1633年6月，伽利略在宣布自己以前言论无效的声明上签了字。经过这次审判，伽利略回到了他在佛罗伦萨郊外的别墅。在那里他颇有为巧妙地渡过了生命中的最后十年。舒适的居家生活背后是软禁和不得写作物理方面文章的禁令。为了表明对他的判决是被何等严厉地执行，在他的余生里，伽利略经常住在托斯卡纳的贵族兼赞助人的宫殿中。
不仅如此，他还公开违背了箝制言论自由的裁定，写出了《论两种新科学》一书。在该书中，他实际上发明了运动学和材料学（虽然伽利略的犯罪记录意味着这本书不可以在意大利出版，但它仍于1638年在荷兰出版了）。在纯学术层面而言，《论两种新科学》一书才真正堪称伽利略对现代科学的最伟大贡献。
伽利略于1642年去世，在同一年，艾萨克·牛顿诞生了。
