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萬有引力是受蘋果落地啟發而發現的嗎?

《自然哲學數學原理》是牛頓在1686年出版的一部科學名著。這是一部空前偉大的科學著作,它總結出了萬有引力定律,創立了把天體運動和地面物體運動統一起來的力學理論,構成了經典力學理論。這部25萬字的著作后來世界各國幾乎都有了譯本,在學術界產生了巨大的影響。

1686年,牛頓寫出了《自然哲學數學原理》,正式發表了萬有引力定律。即任何兩個物體間都有相互吸引力,這個力就叫萬有引力,引力的大小跟它們的質量成正比,跟它們之間距離的平方成反比。

關于牛頓發現萬有引力定律,廣泛流傳著“蘋果落地”的故事,說是牛頓是受蘋果落地的啟發而發現萬有引力定律的。其實這不過是故事而已,牛頓對萬有引力定律從1665年研究開始,到1686年提出經過了20多年。并且,在牛頓發現萬有引力之前和他研究的同時,已有許多科學家在研究天體運動的規律和引力問題,并且已對此作出了不少貢獻。牛頓不過是集其大成,并解決了別人未能解決的問題,走完了最后、最高的一步。牛頓在談到自己在科學上成功的原因時也說:“因為我站在巨人的肩上的緣故。”

對牛頓發現萬有引力定律作出過貢獻的科學家有許多位。

第一位是德國天文學家開普勒,開普勒研究了行星運動的軌道、速率和周期,提出了開普勒三定律,回答了行星怎樣運動的問題,為牛頓發現萬有引力提供了運動學的基礎。事實上,牛頓在研究太陽對行星的引力這個問題時,就是用的開普勒定律來推求這個引力的。

第二位是伽利略。伽利略提供的自由落體和拋物體的運動,為發現萬有引力定律奠定了動力學的基礎。牛頓本人回憶,他從1665年研究引力,就是從伽利略的關于拋物體運動的研究運用于分析月球運動入手的。

第三位是意大利佛羅倫薩實驗學院的院士博雷利。他系統地研究了開普勒的行星運動三定律,1666年提出行星的橢圓軌道是兩種相反力量的合成,一是行星被吸向太陽的引力,一是使行星離開太陽的離心力。就像一個小球用線系住旋轉起來做圓周運動一樣。盡管博雷利沒有能夠計算出太陽與行星之間引力與離心力的具體數值,但他提出的太陽與行星之間引力與離心力平衡的觀點,對萬有引力定律的發現是一大貢獻。

第四位是荷蘭物理學家惠更斯。1673年,惠更斯根據對擺的實驗研究和對圓周運動的分析,得出向心引力的大小與距離的平方成反比的關系。向心引力的平方反比定律是打開萬有引力大門的鑰匙,是發現萬有引力必經的一條途徑。

還有一位對萬有引力作出重大貢獻的是英國著名的物理學家和天文學家羅伯特·胡克。1674年,胡克根據惠更斯的物質圓周運動的向心力定律和開普勒定律,提出三個假設:

第一,一切天體都具有傾向其中心的吸引力,它不僅吸引其本身各部分,而且還吸引其作用范圍內的其他天體。

第二,凡是正在作簡單直線運動的任何天體,在沒有受到其他作用力使其傾斜,并使其沿著橢圓道、圓周或復雜的曲線運動之前,它將保持直線運動不變。

第三,受到吸引力作用的物體,越靠近吸引中心,其吸引力也越大。

這三條假設,已經包含了萬有引力的一些問題,雖然沒有能夠完全證實,但卻為牛頓發現和證明萬有引力定律奠定了重要的基礎。

值得一提的是,英國著名天文學家哈雷,對萬有引力定律的發現也功不可沒。牛頓在提出萬有引力定律之時,幾乎無人問津,就連他所在的劍橋大學也不講牛頓的這一學說,萬有引力定律被束之高閣。是哈雷首次用萬有引力定律推算出了一顆彗星的軌道,并預言1758年這顆彗星將再次出現。到了1759年,這顆彗星果然來了,學術界在事實面前接受了牛頓的萬有引力定律。

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