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牛頓觀察什麼發現了萬有引力定律

生活 更新时间:2024-10-04 16:52:00

孩童時期,我們也許并不知道什麼是萬有引力,可我們都聽過牛頓和蘋果的故事。每每聽到這個故事,我的腦海中都不禁浮想聯翩。可這個故事的真實性有多大呢?牛頓真的是在蘋果的啟發下發現萬有引力定律的嗎?是什麼給牛頓的思想帶來影響的呢?

牛頓觀察什麼發現了萬有引力定律(是什麼促使牛頓發現了萬有引力定律)1

牛頓的時代人們對宇宙的認知

哥白尼提出了日心說在16世紀之前,歐洲的宇宙學說一直被亞裡士多德-托勒密地心說體系統治。地心說認為地球是宇宙的中心,所有其他太陽系星體都在圍繞地球運動,而更遙遠的恒星則是靜止不動的。随着人們觀測技術的進步,地心卻開始無法自圓其說,出現了天象預測不準的問題。這時,哥白尼站了出來,向備受天主教廷推崇的地心說發起挑戰。他用大半生的時間寫出《天體運行論》一書,用日心說來解釋天體運動。隻是哥白尼預計自己會遭到迫害,直到去世那天著作才成功出版。事實證明哥白尼的預測是對的,著名學者布魯諾就是因為宣傳日心說,最後被燒死在了羅馬廣場上。

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伽利略:地球畢竟是在動的布魯諾死後,到了17世紀,一位著名的科學家——伽利略也表明自己相信日心說。伽利略認為數學是自然的語言,要解釋自然現象,必須用到數學語言,而不是哲學思辨語言。為此,他用自己發明的望遠鏡觀測木星的衛星,通過大量的實驗數據,證明了日心說原理上的正确性。隻可惜,盡管羅馬教廷承認伽利略的觀測結果,卻堅決不肯承認日心說,還對伽利略進行了審判。在三次審判後,宗教法庭認為伽利略違背了“聖經教義”,判處他終身監禁。布魯洛的悲慘下場刺痛了伽利略,也給他留下了陰影。最終,伽利略還是選擇了屈服。在羅馬教廷的逼迫下,伽利略寫下了“悔過書”,然而據說在他走出法庭時,仍然在喃喃自語:“地球畢竟是在動的!”

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天空立法者——開普勒伽利略為科學的探索方法帶來了進步,可是宇宙體系的問題依然沒有得到解決。同時期,天文學家第谷提出了新的宇宙體系,認為太陽和月亮圍繞地球運動,其他行星圍繞太陽運動。可是這種方案顯然也将問題複雜化了。第谷的學生開普勒通過更精密的觀測,選擇了相信日心說,還總結出了著名的天體運動三定律。這當中很重要的一點就是指出行星的運動軌迹是橢圓,而非哥白尼所認為的正圓。開普勒在天文學上取得了一些真正的成就,這使得他被稱為“天空立法者”。

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笛卡爾的“以太論”笛卡爾是一位了不起的數學家,但他的理論卻給物理學帶來了困難。笛卡爾相信哥白尼的日心說,可他不願相信世間存在真空,因為“自然讨厭真空”。他和他的追随者始終強調宇宙間存在一種看不見摸不着,卻又實際存在的物質——以太。以太和現代物理學中“場”的概念很相似,可它在那時僅僅隻是思辨的産物,不能解決實際問題。笛卡爾認為宇宙間充滿了以太,太陽在旋轉時,周圍的以太形成了旋渦,旋渦推動其他行星運動。想象一下,我們往鍋内注滿水,在中心放上一個小球,當小球旋轉時,周圍的旋渦的旋轉速度應該是相同的。可實際上的天體運動并非如此,所以笛卡爾的宇宙體系雖然富有想象力,卻有巨大的敗筆。

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蘋果的故事

牛頓出生時,笛卡爾的宇宙學說已經成為了歐洲的标準學說,幾乎所有大學都在教授這種學說,包括牛頓就讀的劍橋大學三一學院。牛頓在學習笛卡爾的學說時,就已經發現了它的問題,摧毀這個龐大的體系也就成為了牛頓接下來二十年的奮鬥目标。

在1665年,英國爆發了鼠疫,劍橋大學師生被疏散,二十三歲的牛頓回到了家鄉。傳說在這段時間,牛頓一次正在蘋果樹下讀書,被掉落的蘋果砸到了腦袋,這促使他思考蘋果為什麼會向下掉,最終發現了萬有引力定律。

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不過,在牛頓在世時,從未有其他學者聽牛頓講過這個故事。我們今天之所以津津樂道于這個故事,離不開法國文學家伏爾泰的功勞。

1727年,牛頓去世,英國為他舉行了國葬,将他安葬于威斯敏斯特教堂,這裡曆來是王公貴族的墓地,牛頓成為了第一個安息于此的科學家。出殡那天,為牛頓擡棺的是兩位公爵、三位伯爵、一位大法官,街頭站滿了為他送行的普通民衆。

見證了牛頓葬禮的伏爾泰受到了深深的震撼,他說:“在威斯敏斯特教堂,人們瞻仰的不是帝王們的陵寝,而是國家為感謝那些為國增光的偉大人物建立的紀念碑。”

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伏爾泰在牛頓的家鄉拜訪了牛頓的親屬,從牛頓的外甥女婿口中聽說了蘋果的故事。伏爾泰深受啟發,将這個故事寫進了自己的文章,使它被全世界所熟知。盡管當時就有人對故事的真實性抱有懷疑,但馬上又有牛頓的親屬站出來說自己聽牛頓講過這個故事。

今天看來,這也許隻是牛頓的親屬在保證牛頓對萬有引力的發現權,畢竟牛頓晚年一直陷入在科研成果的争鬥上。不過這個有趣的故事也大大提高了牛頓的知名度,那個蘋果也成為了科學史上最著名的蘋果。

萬有引力的誕生

萬有引力真正的誕生,其實要源于1684年的一場聚會。

英國皇家學會是世界上最古老的學會,旨在促進自然科學的發展,牛頓在1672當選學會的學員,在1703年成為學會的主席。1684年,皇家學會的另外三位成員——胡克、哈雷、雷恩在一場聚會中展開了争論。胡克聲稱自己推出了引力随距離平方反比遞減的證明,但在正式發表前不能給哈雷和雷恩他們看。

哈雷前往倫敦向牛頓請教,牛頓表示自己在幾年前就解決了這個問題,隻是當時的證明不知道放到哪裡去了。在哈雷的請求下,牛頓用了三個月的時間重新寫出證明,又花了近兩年的時間在1787年出版了著名的《自然哲學之數學原理》,在書中牛頓用理論很好地解釋了當時已知的所有運動。

于是,萬有引力誕生了。

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小結

牛頓曾說:如果說我看得更遠一點的話,是因為我站在巨人的肩膀上。盡管這句話有侮辱胡克的嫌疑,但它蘊含的道理其實一點問題都沒有。科學史上所有的發現都不是一蹴而就的,每一項成果多多少少都受到其他人的啟發,每一位科學巨匠都站在巨人的肩膀上。

同時牛頓的研究成果也離不開的技術的進步,例如惠更斯發明了發條鐘和擺鐘,為準确計時提供了可能,而人們在長期的航海旅行中,已經能夠用經度線和緯度線定位地球上任何一個位置。

英國人民對人才的尊敬令人歎服。也許正如《大國崛起》中所說:這是一個國家對科學家的态度,也是一個國家對科學的态度。我們在瞻仰偉大靈魂的時候,不僅要頂禮膜拜,更要吸收他們的偉大精神,唯有如此我們才能不斷向前發展。

從亞裡士多德到伽利略,我們的宇宙觀是如何發展的?

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