万有引力定律的发现

时间:2018-05-29  栏目:历史故事  点击:321 次

万有引力定律的发现

牛顿是17世纪科学革命的顶峰人物,被后人誉为“力学之父”。他的发现为人类生活带来了翻天覆地的变革,他被认为是人类有史以来最伟大的科学家。他的成就是多方面的。在光学方面,他发现了白光的组成,把颜色现象归纳入光的科学范畴内,从而建立了现代物理光学的基础;在力学方面,他的运动三定律是近代物理的基本原理,进而明确地表达了万有引力定律;在数学方面,他是首创微积分学的人;他的《自然哲学的数学原理》为近代科学奠定了基础。

牛顿年轻的时候,就相信开普勒提出的行星按照一定轨道运动的理论。他感到一定有一种隐藏的力量在牵着这些行星,使它们不至于脱离轨道而在天空中乱飞。月亮绕着地球运转,一定是也有一种力在牵着它;一件东西向地面落下,也是因为被这种力吸向地面。经过深入地思考和研究,牛顿发现任何物体都具有吸引力。经过长时间的研究,他提出了万有引力定律:宇宙中的任何物体之间,都存在着相互吸引力;各个物体间吸引力的大小,与物体的大小成正比,与它们之间的距离成反比。(www.nxxnyqc.cn)

然而,牛顿最重要的发现是在力学领域。力学是研究物体如何运动的科学。伽利略已经发现了第一运动定律,它描述了物体不受外力作用时的运动状态。毫无疑问,在现实中所有的物体都受到外力的作用,因此力学里最重要的问题是在这样的环境下物体是如何运动的。牛顿用他著名的第二定律解决了这一问题。该定律堪称是经典力学中最基本的定律。第二定律(用数学方程表述为F=ma)说明了一个物体的加速度(即该物体速度的变化率)等于作用在该物体上净力除以该物体的质量。作为这两个定律的补充,牛顿又加上了他著名的第三运动定律(该定律说明每一个作用力,都存在一个大小相等方向相反的反作用力),以及他最为有名的科学定律——万有引力定律。这一组四个定律结合起来形成了一个统一的体系,借助这一体系,人们可以研究从钟摆的摆动到行星沿着它们的轨道绕太阳运行等实际上所有的宏观力学系统的问题,也可以对它们的状态进行预测。牛顿不仅阐明了这些力学定律,而且他本人还亲自运用微积分等数学工具,示范了如何应用这些基本定律解决实际问题。

1672年,法国人皮卡尔由精密的大地测量得出了地球直径的更准确的数值,1682年,牛顿根据这个最新的数值,推算出万有引力系数C的理论值,这与由运动学方法测出的实际数值取得了一致,进一步证实了万有引力定律的正确性。1685年,牛顿又克服了数学上的困难,严格地证明了计算一个均匀的球状物体对外面物体的吸引作用时,可以将所有的质量看作是集中在物体的中心。困难终于被扫除,牛顿的万有引力定律终于在1687年的《数学原理》中正式发表了。

《数学原理》共分三篇。极为重要的导论部分,包括“定义和注释”、“运动的基本定理或定律”。定义分别是:“物质的量”、“运动的量”、“固有的力”、“外加的力”以及“向心力”,注释中给出了绝对时间、绝对空间、绝对运动和绝对静止的概念。在“运动的基本定理或定律”部分,牛顿给出了著名的运动三定律,以及力的合成和分解法则、运动叠加性原理、动量守恒原理、伽利略相对性原理等。这一部分是牛顿对前人工作的一种空前的系统化,也是牛顿力学的概念框架。《数学原理》的出版立即使牛顿声名大振;它开辟了一个全新的宇宙体系。正是从这里,人们获得了用理性来解决面临的所有问题的自信。

牛顿虽然是位伟大的科学家,却从来没有骄傲自满过,他谦虚地说:在“科学的道路上,我只是一个在海边玩耍的孩子,偶然拾到一块美丽的石子。至于真理的大海,我还没有发现呢!”

对于牛顿的成就,恩格斯在书中概括得最为完整:“牛顿由于发现了万有引力定律而创立了科学的天文学。”但他的天才对于现代世界产生了更为深远的影响。因此,根据包括爱因斯坦在内的众多科学家的看法,牛顿对现代科学的贡献超过了其他任何一个人,他的研究成果对整个人类文明都产生了决定性的影响。

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