牛頓發(fā)現(xiàn)了地心引力的故事
艾薩克 • 牛頓 爵士,1642年出生在英國,是世界近代科學(xué)技術(shù)史上偉大的物理學(xué)家、天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家。那么你知道牛頓怎么發(fā)現(xiàn)萬有引力的嗎?一起來看看小編給大家精心準(zhǔn)備的資料,歡迎閱讀!
真實(shí)的牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力的故事
說來令人吃驚,自從有了地球,引力就一直存在著。生命誕生之后也一直生活在引力里,至于人類這種自詡的萬物之靈,不管還是猴子的時候,或者是后來褪了毛變成人,也是一直都生活在引力里,可是在牛頓告訴我們之前,我們竟然一直都不知道引力的存在。
說到牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力,大家都會想起蘋果的故事。據(jù)說牛頓在蘋果樹下思考問題,一個成熟的蘋果掉落到牛頓頭上,被打疼的牛頓就開始思考為什么蘋果會往下落,而不是往天上飛,最后得出的結(jié)論就是地面存在引力。這個故事,和很多科學(xué)家的小故事一樣,比如瓦特看了燒開的水壺就發(fā)明了蒸汽機(jī),或者是愛因斯坦小時候數(shù)學(xué)成績很差,都是后來者的虛構(gòu)。目的么,要么是勵志,要么是想突出天才的與眾不同。
事實(shí)上,無須虛構(gòu),真實(shí)的情況已經(jīng)足夠精彩。
1665年,牛頓22歲,正在劍橋大學(xué)三一學(xué)院就讀。當(dāng)時一場造成十多萬人死亡的倫敦大瘟疫爆發(fā)了,學(xué)院關(guān)閉,牛頓不得不暫時回到鄉(xiāng)下老家,時間長達(dá)一年。然而,正是在這一年的時間里,牛頓對光學(xué)、力學(xué)、數(shù)學(xué)有多方面的研究和突破。那么,是不是牛頓憑借一己之力在一夜之間發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的?答案是否定的。
早在1632年,伽利略就已經(jīng)提出離心力和向心力的初步想法。1665年牛頓在鄉(xiāng)下躲避瘟疫期間,證明了離心力定律,并寫在手稿里,但沒有發(fā)表。因此,現(xiàn)在一般認(rèn)為離心力定律是惠更斯于1673年在《擺鐘》一書中提出來的。1684年牛頓在《論回轉(zhuǎn)物體的運(yùn)動》一文手稿中,第一次提出向心力及其定義。就在這一年里,哈雷、雷恩、胡可和牛頓都獨(dú)立證明了圓軌道上的引力平方反比關(guān)系,這便是描述重力的方程式,但是到了第二年,就只有牛頓根據(jù)開普勒三個定律、從離心力定律演化出的向心力定律和數(shù)學(xué)上的極限概念或微積分概念,才用幾何法證明了萬有引力定律,并在1687年于《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書上發(fā)表。
牛頓也沒能解決的第二個問題
牛頓在前人研究的基礎(chǔ)上,從1665年至1685年,花了整整20年的時間,才沿著離心力-向心力-重力-萬有引力的順序,終于提出“萬有引力”這個概念。
萬有引力定律表示如下:任意兩個質(zhì)點(diǎn)通過連心線方向上的力相互吸引。該引力的大小與它們的質(zhì)量乘積成正比,與它們距離的平方成反比,與兩物體的化學(xué)本質(zhì)或物理狀態(tài)以及中介物質(zhì)無關(guān)。
萬有引力定律的發(fā)現(xiàn),是17世紀(jì)自然科學(xué)最偉大的成果之一。它把地面上物體運(yùn)動的規(guī)律和天體運(yùn)動的規(guī)律統(tǒng)一了起來,對以后物理學(xué)和天文學(xué)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響,在人類認(rèn)識自然的歷史上樹立了一座里程碑。
然而,萬有引力定律只解決了第一個問題:什么是萬有引力。受時代的限制,卓越如牛頓也沒有能夠解決第二個問題,即:為什么有萬有引力?這種情況也體現(xiàn)在牛頓其他成就上,比如牛頓三大運(yùn)動定律,能夠描述天上地下一切東西的運(yùn)動,可是,這些東西為什么會這樣運(yùn)動,牛頓卻想不出來,因此,思考很久甚至沉迷于煉金術(shù)和星相學(xué)依然找不到結(jié)論之后,牛頓決定將一切運(yùn)動的開始都?xì)w結(jié)為“上帝”,是上帝在創(chuàng)世之初的“第一推動”,使得世間萬物如此運(yùn)動的。
這個問題還需要等待200多年,由另一個天才來回答。
牛頓無法解釋為什么會有萬有引力,最后只能將一切運(yùn)動的開始都?xì)w結(jié)為“上帝”
地心引力其實(shí)名不副實(shí)
1916年,愛因斯坦提出了廣義相對論。廣義相對論實(shí)際上是用幾何語言描述的引力理論。根據(jù)廣義相對論的描述,在四維時空中,物質(zhì)會使時空彎曲,在觀測上這個完全等效于萬有引力。試想在蹦蹦床上放個鉛球,蹦蹦床上鉛球周圍的區(qū)域就會彎曲。這就是引力場。這時如果在一定距離內(nèi)放一個玻璃球(玻璃球也造成了另一個彎曲),玻璃球就能夠因?yàn)檫@個彎曲而掉進(jìn)去。也就是說,引力是因?yàn)槲镔|(zhì)存在質(zhì)量產(chǎn)生的。你有引力,我有引力,之所以感覺不到,是因?yàn)槟阄业馁|(zhì)量太小了,而物質(zhì)達(dá)到星球級別的時候,引力就能檢測到了。
廣義相對論的正確性得到了廣泛承認(rèn)。但也有學(xué)者認(rèn)為這個解釋并不完備,試圖用引力子、弦理論等角度說明為什么有引力。誰能最終解決這個問題呢?也許就是你啊。
另外,地心引力這個詞造成一個誤會,認(rèn)為引力是由地心引起的。事實(shí)上引力不是來自地心,而是地球上每個點(diǎn)的物質(zhì)。只是因?yàn)榈厍蚴乔蝮w,所有引力的方向都指向地心而已。而且,越往地心走,引力越小。更為驚人的是,地心所在的地方,因?yàn)樘幱谇蝮w的中心,來自所有方向的引力相互抵消了,地心實(shí)際上是沒有引力的。人在其中,也會和太空一樣,處于完全的失重狀態(tài)。