牛顿万有引力的故事

牛顿万有引力的故事
牛顿万有引力的故事

牛顿万有引力的故事
秋高气爽,金色的阳光透过繁茂的枝叶,斑斑驳驳地洒在树下.成熟了的苹果被阳光镀上了一层金黄色,好看极了.然而跟前的田园美景,并不能使盘旋在牛顿脑海里的科学问题让位.他坐在树下的石凳上,依旧沉浸在苦苦的思索之中.
太阳快要落山了.牛顿仰视天空,那双似乎能看穿九霄云层的眼睛,好像看到了什么.一会儿他又收回目光,无意识地看了看被夕阳映得通红的苹果.这时恰巧一个苹果悄然离开树枝,“吧嗒”一声落到了地上.
“苹果落下来了.”牛顿自语着.立刻有一连串问号在牛顿的大脑里盘旋起来.
苹果为什么会掉下来呢?
这么广阔无垠的空间,苹果为什么不飞向天空,偏要落到地面上呢?
一切事物都有重量,都能从高处落到地面上呢?
牛顿思索着,久久的凝视着滚落到脚前的苹果.这个苹果向月球那样在牛顿的脑海里旋转起来,一圈、两圈、五圈、十圈……越转越快,他感到眼花缭乱.一会儿,牛顿的头脑忽然开窍了,他的眼里闪出了兴奋的光芒.
“苹果落在地上,是因为地球的吸引力,这种吸引力也同样可以到达月球.月球之所以能向下落的缘故.就像苹果落下来一样,月球同样也是向着地球下落的.”
推想开来,行星之所以围绕着太阳运转,也是由于受到太阳引力作用的缘故.宇宙中的一切物体间,都存在着一种相互吸引的力.
“万有引力”的思想诞生了.
穷追不舍,寻根求源,是牛顿的性格.他没有让思想暂停一步,“地球吸引着月亮,太阳吸引着行星,可为什么他们不会像苹果落向地面那样落向地球、落向太阳呢?”
这时他想起了儿时做过的一个游戏：把一小桶牛奶系在绳子上抓紧绳子的另一头,用力抡起来,快速的旋转牛奶能一滴不洒,但速度慢了就会洒一地.这部就是因为一种向里拉引的力和一种向外挣脱的力相互对抗而又相互平衡的结果吗?这种挣脱的力,就是由物体横向运动的速度而产生.
牛顿设想：有一个巨人站在地球的一座最高的山顶上,沿水平方向扔石头.如果石头的横向运动速度小石头就会沿一个抛物线而落向地面:假如石头的速度很大很大,石头运行轨迹的弯曲程度就会和地球表面弯曲的程度相同,那么,石头就永远不会落到地面上.这块石头就能像月球那样永远绕转下去.
牛顿抓住“苹果落地”这个自然现象继续研究,他思索、计算,终于成功的发现了“万有引力定律”.

是苹果落地导致牛顿发现万有引力吗
美国哈佛大学科技史教授柯亨不久前撰文，对苹果落地的故事表示怀疑。柯亨引证史料，说明牛顿走向万有引力理论的重大一步是在1679年末到1680年初。 1679年 11月24曰，胡克写信给牛顿，向他介绍一种分析曲线运动的新方法。胡克聪明地看到，物体沿曲线轨道的运动有两个分量，一个是惯性分量，一个是向心分量。惯性分51量势必沿曲线的切线方向作直线运动，而向心分量...

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是苹果落地导致牛顿发现万有引力吗
美国哈佛大学科技史教授柯亨不久前撰文，对苹果落地的故事表示怀疑。柯亨引证史料，说明牛顿走向万有引力理论的重大一步是在1679年末到1680年初。 1679年 11月24曰，胡克写信给牛顿，向他介绍一种分析曲线运动的新方法。胡克聪明地看到，物体沿曲线轨道的运动有两个分量，一个是惯性分量，一个是向心分量。惯性分51量势必沿曲线的切线方向作直线运动，而向心分量则总是拉物体偏离惯性的直线轨道。月球运动的稳定轨道就是这两个分量互相匹配，使得月球既不会沿切线方向跑掉，又不会螺旋式地接近地球。笛卡儿认为物体作曲线运动只是运动物体企图逃离中心的力造成的，但实际上没有这样的力存在。胡克信中请牛顿对这个假设提出意见或评论。这个假设显然是牛顿后来把曲线运动分解为一个惯性分量和一个向心分量这种想法的入门。因为在此之前，牛顿还常常用笛卡儿的离心力来描述运动。胡克在信中还大胆提出，将行星吸向太阳的向心力大小，与两星之间的距离平方成反比。由于胡克缺乏牛顿的数学才能，因此他不能再往前进，不能由直觉的预感与猜想，飞跃到严格的科学结论。
11月28曰，牛顿回信说，在未读胡克的来信之前，他没有“听到过您的把行星的天体运动看作沿曲线切线方向的直线运动”以及被“吸引”向太阳的运动两者“所合成之假说”。随之牛顿立即把自己的研究课题换成：地球自转对自由落体的影响。但是他却不正确地描绘了自由落体物体的路径是一条螺线。胡克发现了牛顿的错误，在12月9曰的信中指出，自由落体物体的路径“将类似一个椭圆”。12月13曰牛顿谨慎地答复了胡克对他的指正，但并没有对胡克提出的行星运动是“圆周运动”的分析发表什么意见。胡克并不灰心，在1680年1月6曰的信中重述了向心吸引力与距离平方成反比的定量的假设，而且说明他的这种分析“十分清楚而正确地说明了天象”。牛顿仍未作答复。1月17曰胡克发了一封简短的补充函件，请牛顿找出：一个中心引力使物体偏离它的惯性轨道作曲线运动，当力与距离平方成反比时，曲线是怎样的，它的性质及造成的原因是什么？
牛顿几乎就是按照胡克的思路去做的。但他一直没有把证明的结果告诉胡克或任何人。直至1684年8月，著名天文学家哈雷来访，说起他和雷恩都不能解决行星运动这个问题，胡克虽声称他已解出，却拿不出一个公式。牛顿听了以后，马上回答：“是椭圆。”哈雷问他怎么知道的，牛顿回答：“我算出来的。”经哈雷敦促，牛顿为皇家学会写了《论运动》，详细谈了他的计算过程。
应该说，牛顿在其大约是1684年11月写成的《论运动》的初稿中，还未建立万有引力这一概念。这时，牛顿还没有领悟太阳吸引每个行星，每个行星还要吸引太阳，而且行星间也互为吸引。不久，牛顿发觉了反作用定律的重要意义，1684年12月在他完成的《论运动》的修改稿中已用相互作用来描述行星运动。1685年春季，牛顿全力以赴地完成了《自然哲学之数学原理》初稿，才完整地得出一切物体以万有引力互相作用的理论。在牛顿发现万有引力以后，胡克声明是他向牛顿建议采用了“与距离平方成反比的万有引力定律”。很多历史学家也同意胡克的看法。
牛顿说过他是站在巨人的肩膀上才发现万有引力的，但牛顿毕竟比巨人们看得更远。胡克只提出了行星与太阳的关系问题，而牛顿提出的万有引力定律适用于宇宙间一切物体。这一质的飞跃是胡克的学识所难以达到的。后来，牛顿却想否认胡克曾给予他以提示。他于1717年编撰了一段苹果落地的故事，把他对万有引力定律的研究提早20年，变成了17世纪60年代的事。不过这个故事牛顿从来没有发表过，只把它写在一封给法国作家皮埃尔·德·梅佐的信的草稿内，而且又把它勾去。但是后人却将这个故事传开来。

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好深奥的问题啊

在随后的几年里，牛顿声称这种事情已经发生过。坐在姐姐的果园里，牛顿听到熟悉的声音，“咚”的一声，一只苹果落到草地上。他急忙转头观察第二只苹果落地。第二只苹果从外伸的树枝上落下，在地上反弹了一下，静静地躺在草地上。这只苹果肯定不是牛顿见到的第一只落地的苹果，当然第二只和第一只没有什么差别。苹果落地虽没有给牛顿提供答案，但却激发这位年轻的科学家思考一个新问题：苹果会落地，而月球却不会掉落到地球上，苹果...

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在随后的几年里，牛顿声称这种事情已经发生过。坐在姐姐的果园里，牛顿听到熟悉的声音，“咚”的一声，一只苹果落到草地上。他急忙转头观察第二只苹果落地。第二只苹果从外伸的树枝上落下，在地上反弹了一下，静静地躺在草地上。这只苹果肯定不是牛顿见到的第一只落地的苹果，当然第二只和第一只没有什么差别。苹果落地虽没有给牛顿提供答案，但却激发这位年轻的科学家思考一个新问题：苹果会落地，而月球却不会掉落到地球上，苹果和月亮之间存在什么不同呢？
第二天早晨，天气晴朗，牛顿看见小外甥正在玩小球。他手上拴着一条皮筋，皮筋的另一端系着小球。他先慢慢地摇摆小球，然后越来越快，最后小球就径直抛出。
牛顿猛地意识到月球和小球的运动极为相像。两种力量作用于小球，这两种力量是向外的推动力和皮筋的拉力。同样，也有两种力量作用于月球，即月球运行的推动力和重力的拉力。正是在重力作用下，苹果才会落地。
牛顿首次认为，重力不仅仅是行星和恒星之间的作用力，有可能是普遍存在的吸引力。他深信炼金术，认为物质之间相互吸引，这使他断言，相互吸引力不但适用于硕大的天体之间，而且适用于各种体积的物体之间。苹果落地、雨滴降落和行星沿着轨道围绕太阳运行都是重力作用的结果。
人们普遍认为，适用于地球的自然定律与太空中的定律大相径庭。牛顿的万有引力定律沉重打击了这一观点，它告诉人们，支配自然和宇宙的法则是很简单的。
牛顿推动了引力定律的发展，指出万有引力不仅仅是星体的特征，也是所有物体的特征。作为所有最重要的科学定律之一，万有引力定律及其数学公式已成为整个物理学的基石。
当然，当时牛顿提出了万有引力理论，却未能得出万有引力的公式，因为公式中的“G”实在太小了，因此他提出：F∝mM/r^2。直到1798年英国物理学家卡文迪许利用著名的卡文迪许扭秤（即卡文迪许实验）较精确地测出了引力恒量的数值。

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