苹果与万有引力的渊源

3　苹果与万有引力的渊源

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万有引力定律是物体间相互作用的一条定律，1687年为牛顿所发现。

牛顿爵士（1642—1727），英国皇家学会会员，是一位英国物天文学家、物理学家、数学家、自然哲学家和炼金术士，著有《自然哲学的数学原理》《光学》《二项式定理》和《微积分》。

牛顿画像

提到万有引力，人们会自然地想到牛顿，想到苹果落地和牛顿的故事：牛顿在23岁时，有一天看到一个苹果落到地上，开始深思其中的道理，最终发现万有引力，为人类认识自然的过程作出了不可磨灭的贡献。

那么，牛顿是怎样从看到苹果落地联想到万有引力的呢？他会产生哪些联想呢？我们不妨做一下猜想。

一个秋天的午后，牛顿叼着烟斗坐在一棵苹果树下，用他那神奇的大脑思考着世界的奥秘。突然，一个苹果落到牛顿头上，善于思索的牛顿拿着苹果陷入了沉思，折磨了他很久的力学问题突然就有了突破口：是什么力量使苹果落到地上的呢？为什么苹果不向天上或者别的什么方向飞呢？这个力的施力物体是谁？力的大小又是多少？方向如何？牛顿思索着，在大脑中寻找着答案。牛顿就一个司空见惯的现象提出了一个看似可笑的问题，其实这正是牛顿的伟大之处，是最难能可贵的地方。

牛顿以他独特的方式思考，把所看到的物理事实进行想象和推理：假设这棵苹果树很高很高，苹果会落下来吗？他联系日常所见，一个物体即使被抛出很高，这个物体总要落向地面，牛顿认为会落下来。

牛顿在苹果树下思考

如果苹果树高到月亮上呢？月亮可不可以看作一个大苹果呢？牛顿想得越来越远。极其跳跃开放的思维发生了一个质的飞跃。

可是，月亮并没有落到地面，月亮也没有飞离地球，作为地球的一颗卫星始终围绕地球运动，是谁主宰着月亮的运动呢？

地球的天然卫星——月球

难以回答的问题让牛顿有点烦躁，但是他没有把苹果吃掉，而是把苹果扔了出去。苹果划着优美的曲线在不远处落地。这是一道最优美的曲线，是最有价值的曲线。它引发了牛顿思维第二个质的飞跃：如果苹果扔的速度再快一些，那么它落地的地点就可以再远一点儿，如果再快一点儿呢？

跳跃的思维使牛顿眼中的苹果变成了炮弹。如果一门大炮发射炮弹，炮弹可以飞很远，如果速度足够快，炮弹就能飞得足够远。如果把大炮架设在高山上，发射炮弹的速度越来越快，那么炮弹就飞得越来越远。如果炮弹落向地球的曲线和地球的曲线相同，那么炮弹就会围绕地球运动，但永远也落不到地面上。如果……牛顿高兴地跳了起来，望着高高挂在天上的月亮大笑起来。他想通了为什么月亮既不落下来也没有飞出去，而是绕着地球转。月亮和苹果一样受到地球的吸引力。

牛顿由月亮又想到太阳，想到了围绕太阳转动的行星。他得到了一个结论：引力存在于任何两个物体之间。至此牛顿基本形成了万有引力的思想。

知识拓展

万有引力定律

万有引力定律：任意两个质点通过连心线方向上的力相互吸引。该引力的大小与它们的质量乘积成正比，与它们距离的平方成反比，与两物体的化学本质或物理状态以及中介物质无关。

万有引力定律是解释物体之间的相互作用的引力的定律，是物体（质点）间由于它们的引力质量而引起的相互吸引力所遵循的规律。

开普勒

1679年，牛顿回到力学的研究中：引力及其对行星轨道的作用、开普勒的行星运动定律、与胡克和弗拉姆斯蒂德在力学上的讨论。他将自己的成果归结在《物体在轨道中之运动》一书中，该书中包含有初步的、后来在《原理》中形成的运动定律。

《自然哲学的数学原理》（现常简称作《原理》）在埃德蒙·哈雷的鼓励和支持下出版于

1687年7月5号。该书中牛顿阐述了其后两百年间都被视作真理的三大运动定律。牛顿使用拉丁单词“gravitas”（沉重）来为现今的引力（gravity）命名，并定义了万有引力定律。在这本书中，他还基于波义耳定律提出了首个分析测定空气中音速的方法。

由于《原理》的成就，牛顿得到了国际性的认可，并为他赢得了一大群支持者：牛顿与其中的瑞士数学家尼古拉·法蒂奥·丢勒建立了非常亲密的关系，直到1693年他们的友谊破裂。这场友谊的结束让牛顿患上了神经衰弱。

埃德蒙·哈雷

知识解码

牛顿的晚年生活

由于受时代的限制，牛顿基本上是一个形而上学的机械唯物主义者。他认为运动只是机械力学的运动，是空间位置的变化；宇宙和太阳一样是没有发展变化的；靠万有引力的作用，恒星永远在一个固定不变的位置上。

随着科学声誉的提高，牛顿的政治地位也得到了提升。1689年，他被选为国会中的大学代表。作为国会议员，牛顿逐渐开始疏远给他带来巨大成就的科学。他不时表示出对以他为代表的领域的厌恶。同时，他的大量的时间花费在了和同时代的著名科学家如胡克、莱布尼兹等进行科学优先权的争论上。

晚年的牛顿在伦敦过着堂皇的生活，1705年他被安妮女王封为贵族。此时的牛顿非常富有，被普遍认为是生存着的最伟大的科学家。他担任英国皇家学会会长，在他任职的24年时间里，他以铁腕统治着学会。没有他的同意，任何人都不能被选举。

晚年的牛顿开始致力于对神学的研究，他否定哲学的指导作用，虔诚地相信上帝，埋头于写以神学为题材的著作。当他遇到难以解释的天体运动时，提出了“神的第一推动力”的理论。他说“上帝统治万物，我们是他的仆人而敬畏他、崇拜他”。

1727年3月31日，伟大的艾萨克·牛顿逝世。同其他很多杰出的英国人一样，他被埋葬在了威斯敏斯特教堂。他的墓碑上镌刻着：让人们欢呼这样一位多么伟大的人类荣耀曾经在世界上存在。