天和地的統一

牛頓生活在17世紀末，當時的教會和學者相信兩種截然不同的法律。管理天堂的法律是完美和諧的，而地球上的凡人卻生活在粗糙和粗俗的物理定律之下。

任何堅持認為月球是非完美的、拋光的球體，或者認為地球圍繞太陽旋轉的人都可以被教會處死。喬治·布魯諾（Giordano Bruno）在1600年被綁在火刑柱上燒死，只因他推測太陽只是另一顆恒星。他的結論是，“有無數個太陽，還有無限多的地球圍繞這些太陽旋轉……”幾十年后，偉大的天文學家和物理學家伽利略·加利利不得不在死亡的痛苦中放棄自己的地球圍繞太陽轉動的異端言論。（即使在審判中，他被迫否定自己的科學發現，他仍低聲嘀咕道：“但是，地球確實在轉動！”）

所有這一切從艾薩克·牛頓開始改變，那時，他是劍橋大學一個23歲的學生?？膳碌暮谒啦∠砹四瞧恋?，歐洲的多數大學和其他機構關閉，他被送回家。牛頓有了很多的時間，他觀察物體落到地上的運動，一瞬間，他構思了控制所有下落物體運動路徑的著名理論。

牛頓是通過自問革命性的問題得出自己理論的——月亮是否也會下落？

根據教堂的說法，月亮留在天上是因為它遵守地球法律無法達到的天上法律——地球的法律是強迫物體落地，天上法律則不是。牛頓的革命性觀測是——將萬有引力定律擴展到天堂本身。這個異端想法的直接結論是——月球是地球的一個衛星，不是想象中的天球的運動必須保持在天空中，而是受到了引力理論的控制。

牛頓想，也許月亮是不斷下落的，與石塊落到地球上受著相同的定律支配，只是因為地球的下降曲率抵消了月亮的下降運動，所以月亮不會撞向地球。在他的代表作《原理》中，牛頓寫下了控制衛星繞地球運行和地球與行星圍繞太陽運行的定律。

牛頓畫了一幅簡單的圖畫，解釋了下落的月球是地球的一個衛星的想法。想象一下，站在高高的山頂并投擲一塊石頭，石頭最終必定會落到地上。你扔出石頭的速度越快，石頭落地前飛行的距離就越遠。事實上，牛頓認為，如果石頭被扔得足夠快，它會繞地球旋轉一圈后擊中你的背部。就像環繞地球的巖石一樣，月球只是一顆不斷下落的衛星。

這幅由牛頓構思的精美圖片超前了發射人造衛星3個世紀。今天，驚人的成就——太空探測器降落在火星以及飛行超越天王星和海王星——必須歸功于牛頓在17世紀后期寫下的定律。

在一系列迅速且深入的研究中，牛頓發現自己的方程原則上允許他粗略估算地球到月球的距離以及地球到太陽的距離。當教會仍在教導地球靜止在天上時，艾薩克·牛頓計算了太陽系的基本尺寸。

回想起來，我們可以認為牛頓發現的引力定律是科學史上的第一個“統一”——統一了天與地的法則。在地球上任何兩個物體之間起作用的重力，也將人類的命運與星星聯系起來。在牛頓的發現之后，整個太陽系的運動幾乎能得到完全準確的計算。

此外，牛頓認為，地球上的巖石能繞地球運行而不需要天體，他能用圖形的方式說明自己理論的基本原則。有趣的是，所有的科學領域的重大突破，尤其是顯示力統一的突破，都能用圖形的方式顯示。盡管數學或許晦澀難懂且單調乏味，但統一的本質總能非常簡單地用圖形的方式表示。