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    发现万有引力!苹果树下的牛顿到底受了谁的启示?ag亚游集团

    原标题:发现万有引力!苹果树下的牛顿到底受了谁的启示?

    戈弗雷·内勒作于1702年

    在英国的林肯郡伍尔索普村的一个庄园中,有一位23岁的青年人坐在苹果树下思索着这个古老的问题,那一年是公元1665年,青年的名字叫做艾萨克·牛顿 (Isaac Newton,1643年–1727年),这个名字日后将响彻整个世界。牛顿是这样分配他一生的时间的:三分之一用来研究《圣经》的年代学,三分之一用来研究炼金术,剩余的三分之一时间用来顺便研究一下物理、数学、天文等自然科学。牛顿还是一个怪人,他心胸不广,气量偏小,不爱说话,喜欢记仇。他有一个冤家叫胡克,也是当时英国大师级的科学家,并且掌管着英国皇家学会。牛顿有一句流传很广的名言:之所以我比别人看得远,是因为我站在巨人的肩膀上。后人往往引用牛顿的这句话来说明一个人应当谦虚如牛顿。但实际上牛顿讲这句话是为了讽刺长得矮小、驼背的胡克。

    被称为牛顿苹果树后代的一颗苹果树

    (剑桥大学的植物种植园)

    事实上牛顿思考问题用了很久的时间。他是从思考抛物体的运动作为切入点的,他是这样做思维实验的:假设自己站在一座高塔顶上,朝前方扔一块石头出去,那么石头会以一个抛物线的轨迹掉落在地上。石头能扔得多远取决于石头出手时的初速度。牛顿在纸上画下这样一幅图:

    ?

    为什么会是这样的一种运动轨迹呢?牛顿找到了原因,石块同时具备两种运动,一种运动是水平方向的有一定初速度的匀速直线运动,另一种运动则是垂直下落的加速运动,现在把这种运动合成在一起,就形成了一根抛物线的运动轨迹。

    想到这个程度,并不算很厉害,伽利略也想到过这一层,但牛顿厉害的地方在于他的思考没有停下来,他继续想,如果水平初速度一直不断地增大下去,会发生什么呢?因为地球是圆的,当石块扔得“远”到一定程度,超过了地球的一半周长,那么石块岂不是趋向于绕着地球转一圈而回到原地吗?

    牛顿在他的草稿纸上反复画着草图,列出计算公式,假设着各种初始数据,不停地演算着。最终,牛顿的计算结果表明:如果石块的水平初速度超过一个临界值,那么,这个石块将会一直绕着地球作匀速圆周运动,停不下来,也不会再掉回地球上了。牛顿赫然发现,地球的周围不是正好就存在着这样一个“石块”吗?那就是头顶上的那一轮明月。一时间,犹如醍醐灌顶一般,牛顿的眼前豁然开朗,一大堆困扰已久的问题全都迎刃而解了。人为什么不会“掉出”地球,很简单,地球的引力指向地心,每个人都被这个引力牢牢“抓在”地表上,双脚指向地心。对,就是这么个道理。

    24岁的牛顿终于发现了这个宇宙中最最基本的规律:万有引力。万有引力的正确性不断地被各种实验所证实。并且,由万有引力可以用纯数学的方式推导出许多人类已知的宇宙规律。例如,牛顿以万有引力公式为基础,推导出了行星的公转轨道是一个椭圆,引力中心(也就是太阳)位于椭圆的一个焦点上,并且开普勒三定律也可以用纯数学的方式推导出来。万有引力还能解释地球上岁差的成因和潮汐的成因,因为月球对地球的牵引力,导致地轴的摆动和海水的隆起。

    地轴的摆动导致岁差

    忽略了太阳影响,仅考虑月球对地球的引潮力

    牛顿45岁那年,完成了人类自然科学史上的开天辟地之作《自然哲学的数学原理》,简称为《原理》。在书中,除了万有引力定律,牛顿还提出了著名的牛顿力学三定律。有了这四个宇宙间的基本定律,一门崭新的学科被创立出来,称之为“天体力学”,它是一门研究宇宙中天体的过去与未来的学科。有了这门学科,我们头顶的星空突然变得不再那么的神秘了,几乎一切可观测的天文现象,都可以被天文学家用数学的方式准确无误地计算出来。

    图文来源:漫步宇宙

    让我们一起讲述时空的故事!

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郝女士

发布时间:2019-05-27 05:51
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