苹果的故事

1666年1月，牛顿做了一个光学实验：光的色散实验。通过这个实验，牛顿提出了新的光学理论：阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、青、紫七种色光混合而成的，组成阳光的七种色光是不可能再分解的。

他想，既然日光能被分解成七色光，那么七色光也一定能被合成为白色的阳光。为了验证这一想法，牛顿让一束白光通过一个三棱镜，然后用一个透镜接收棱镜分解的七色光，再在透镜后面适当的位置设置一块纸板截住从透镜中出来的光线。结果，纸板上出现了一个小光点，就像从一个小孔中射入的日光一样，牛顿的结论得到了完美的验证。

不久，牛顿又开始关注天体运动，同时也开始了他一生中，也是科学史上最伟大的研究——关于万有引力的研究。

牛顿万有引力定律的直接奠基者是开普勒，他在天体运动领域中作出了不朽的贡献。开普勒曾根据丹麦天文学家第谷的观测资料，对火星的运动进行了多年的深入研究，最终发现了行星围绕太阳运动的三大定律。然而，开普勒无法解释是什么力量使行星遵从这三大定律运行。对此，许多学者都进行了探索，并提出了自己的观点，其中较有影响的是笛卡尔和博雷利提出的两种学说。笛卡儿认为，在各个行星之间弥漫着一种被叫做“以太”的物质，它充斥着整个宇宙。上帝赋予了物质基本力学规律之后，这些物质就产生了一种庞大的旋涡运动，正是由于这种运动，宇宙间才逐渐形成了太阳、恒星以及地球、行星……每个星体都处于不同的旋涡之中，巨大的旋涡运动会生成一种力，正是这种力在迫使行星做着相同的椭圆运动。

而博雷利推测，推动行星运动的力是从太阳发出的，这个力维持着行星围绕太阳运行，但是博雷利无法证实自己的这一学说。

对这两种学说牛顿都进行了思考。在用以太旋涡说解释开普勒的三大定律时，牛顿发现了以太旋涡说的错误及缺陷，而且笛卡尔的学说也无法用来解释彗星的自由运动，因此，牛顿否定了笛卡尔的以太旋涡说。对于博雷利的假说，牛顿隐约感觉到了它是具有某些科学价值的，但他一时还无法找到证实自己这种直觉的依据。

一定有一种神秘的无形的力存在，牛顿相信，正是这种力拉着太阳系中的行星围绕太阳旋转。对这种神奇的力，牛顿一直没有停止思考。

据说在1665年的一天，牛顿坐在自家院中的一棵苹果树下苦思着行星绕日运动的问题。这时，一个苹果恰巧落了下来，落到了牛顿的脚边。这是一个发现的瞬间，因为这次苹果下落与以往无数次苹果下落不同，它引起了牛顿的注意。牛顿从苹果落地这一理所当然的现象中找到了苹果落地的原因——引力的作用，这种来自地球的无形的力拉着苹果下落，正像地球拉着月球，使月球围绕地球转动一样。

然而，牛顿接着又想到月球为什么不会像苹果那样坠落到地球上？最后，牛顿从近代物理学的另一位先驱伽利略的惯性理论中找到了突破口。伽利略指出，物体有一种惯性，运动者自身就可以永恒地运动下去，根本无须力的作用。伽利略的这一理论使牛顿意识到，月球之所以围绕地球运动，是因为月球在最初形成时具有一个初速度，根据伽利略惯性定律，月球于是围绕地球一直以这个初速度运动下去。

然而，牛顿仍需解决的困惑是，月球为什么总是围绕地球做曲线运动，而不是做直线运动跑出其固有的转道空间？

伽利略另一个关于物体运动的理论又给了牛顿一个关键性的启发。伽利略在抛物运动理论中指出，平抛物体同时具有两种各自独立的运动：一种是水平方向上的匀速直线运动，另一种是在竖直方向上的自由落体运动，两种运动的相互结合便使物体产生了以曲线为轨迹的下落运动。

问题解决了，牛顿结合月球初速度的设想，得出了月球绕地球运动的原理，即具有足够大初速度的月球，在地球引力的作用下一方面向地球下坠，另一方面向着水平方向飞出，这两种运动最终合成了月球围绕地球运动，使月球能在与地球保持一定距离的轨道上周而复始地运动下去。

思索出这个原理之后，牛顿很自然地将他的研究成果推及整个太阳系，继而搞清了万有引力是如何在太阳系中起作用的。牛顿总结出，行星之所以在各自的轨道上运行，而不撞向太阳，是因为它们与太阳之间以及行星之间存在着引力的作用，这使它们不会撞击在一起，同时牛顿开始尝试用数学形式来表述宇宙间的引力。他认为引力的表现形式与绳子拉着小球，使小球做圆周运动的运动现象相似，根据这样的认识，牛顿将惠更斯的离心力公式作为计算引力的依据之一，牛顿研究引力的另一个重要依据是开普勒第三定律，将上述两个定律、公式进行换算，牛顿得到了这样的发现——行星距离太阳越远，它们之间的引力就越弱，并且行星与太阳间的距离与它们之间的引力成平方反比关系。这就是牛顿所发现的著名的平方反比定律。

平方反比定律是牛顿后来用了20年时间才研究成熟的万有引力定律的雏形，但因当时还无法搞清月球与地球间的距离该如何计算，因此这一关于引力的公式一时间还无法得到验证。