由萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)想到的

【摘要】文章從牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律角度入手，通過對(duì)萬有引力發(fā)現(xiàn)的過程以及相關(guān)知識(shí)準(zhǔn)備的分析，探討了科學(xué)家與科學(xué)發(fā)現(xiàn)之間的關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】牛頓 萬有引力定律 科學(xué)發(fā)現(xiàn)

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）46-0150-01

關(guān)于牛頓看到蘋果落地發(fā)現(xiàn)萬有引力的小故事，我們并不陌生，從小學(xué)課本到各種科普書籍大多都有描述，牛頓是被蘋果打中頭發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的：牛頓因?qū)W校躲避瘟疫放假回家，坐在家中后院的蘋果樹下思考，被一個(gè)熟透了的蘋果打到了頭，他想到為什么蘋果不向上運(yùn)動(dòng)而是落到地上呢，于是發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。

一、科學(xué)的發(fā)現(xiàn)只是科學(xué)家靈感的結(jié)果嗎

類似的科學(xué)故事還有很多，如古希臘的阿基米德在浴缸里發(fā)現(xiàn)了浮力定律，他興奮地居然忘記了穿衣服，赤身裸體地跑到大街上喊叫著“我發(fā)現(xiàn)了，我發(fā)現(xiàn)了”；伽利略在比薩斜塔做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)體積相同的木球和鐵球同時(shí)從塔上下落，發(fā)現(xiàn)它們同時(shí)落地，反駁了亞里土多德理論，證明了自己的自由落體定律；瓦特發(fā)現(xiàn)燒水壺的壺蓋被水蒸氣掀開，然后他發(fā)明了蒸汽機(jī)，等等。

這些科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)的事例曾激勵(lì)過我們的學(xué)習(xí)和思考。但是后來在一些更為專業(yè)的書籍中發(fā)現(xiàn)，伽利略從未做過比薩斜塔實(shí)驗(yàn)，在他的任何一本書中都沒有這樣的記錄；牛頓被蘋果砸頭是伏爾泰在牛頓去世很多年后寫出來的，之前沒有任何記錄證明確有其事；受到沸水頂起壺蓋啟發(fā)而發(fā)明蒸汽機(jī)也不是瓦特，而是英國(guó)人吳斯德侯爵二世，他早年因?yàn)檎卧蜃^牢，在獄中看到蒸汽將壺蓋頂起，出獄后發(fā)明了一種新型蒸汽機(jī)。

這些科學(xué)家的勵(lì)志經(jīng)歷竟然都是子虛烏有的故事，當(dāng)然科學(xué)故事不是不可以講，但如果以此為真，容易造成普遍的負(fù)面效應(yīng)，很多人會(huì)認(rèn)為科學(xué)的發(fā)現(xiàn)是某些天才的科學(xué)家的靈感爆發(fā)，甚至有人認(rèn)為生活中的科學(xué)家都是些精神不正常的人。而且這樣的負(fù)面效應(yīng)已經(jīng)影響到社會(huì)的方方面面，比如動(dòng)畫片里，懶羊羊都會(huì)因?yàn)樘O果砸頭而產(chǎn)生超能力。這樣的結(jié)果其實(shí)是起到了一個(gè)變相洗腦的作用，將科學(xué)研究與普通民眾割裂開來。

那些偉大的科學(xué)的定律又是怎樣發(fā)現(xiàn)的呢？通過牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的事例來分析科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程。

二、歷史上對(duì)物體落地的不同解釋與探索

蘋果落地，實(shí)際上是物體下落的現(xiàn)象。在人類的歷史長(zhǎng)河中，不可能只有牛頓對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行思考，很多哲學(xué)家都對(duì)此進(jìn)行了研究，卻得出了截然不同的結(jié)論。古希臘時(shí)代，有些學(xué)者認(rèn)為一切東西都向宇宙中心落下，這些人大多是“地心說”的支持者。亞里士多德就是這種觀點(diǎn)的支持者，亞里士多德的落體理論認(rèn)為：萬物都有其指定位置，如果脫離原位，就要爭(zhēng)取回去。石頭落地是因?yàn)槭^希望回到原來在宇宙中心的位置，而宇宙中心剛好和地球中心符合，或者幾乎符合，并沒有什么東西吸引它們。這種觀念今天看來很荒謬，但由于亞里士多德的重大影響，那時(shí)卻被學(xué)界普遍的接受。

直到1543年，哥白尼出版了他的恢弘巨著《天體運(yùn)行論》提出了“日心說”。地球并不是宇宙的中心，這就從根本上推翻了亞里士多德的落體理論的基礎(chǔ)。這也促使一些科學(xué)家進(jìn)一步探索物體落地的原因。丹麥天文學(xué)家第谷經(jīng)過三十年的天文觀測(cè)，積累了大量的精確數(shù)據(jù)，幾乎達(dá)到了肉眼所能觀測(cè)到的極限。他的學(xué)生開普勒繼承了第谷留下的寶貴材料，在探索行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，通過大量科學(xué)計(jì)算進(jìn)一步提出了引力的概念，并認(rèn)為正是這種力量推動(dòng)著行星的公轉(zhuǎn)，其強(qiáng)度隨離太陽的距離而減弱。開普勒在此基礎(chǔ)上提出了著名的開普勒三大定律，為萬有引力的發(fā)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

伽利略將重力概念按各種天體和地球作為對(duì)象加以區(qū)別，并在1632年發(fā)表《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大宇宙系統(tǒng)的對(duì)話》首次提出離心力和向心力的概念，表明伽利略已在考慮地球和天體的重力的統(tǒng)一性，地球運(yùn)動(dòng)是由太陽的引力引起的。1645年，法國(guó)天文學(xué)家布里阿德提出引力大小與距離的關(guān)系：開普勒引力的減少，和離太陽的距離的平方成反比。這時(shí)的萬有引力定律已經(jīng)呼之欲出了。

三、牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力的過程

1661年，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)成立了一個(gè)專門研究引力問題的委員會(huì)。胡克和牛頓的好友哈雷在引力問題的研究上都做出了重要貢獻(xiàn)。

早在1874年，胡克就已覺察到引力和地球上物體的重力有同樣的本質(zhì)并首先使用了“萬有引力”這個(gè)詞。但胡克并沒有對(duì)這個(gè)概念進(jìn)行定量的表述和論證。1684年，牛頓寫出《論運(yùn)動(dòng)》的手稿，并寄給了他的好朋友哈雷。在這份手稿中，牛頓根據(jù)開普勒三個(gè)定律、從離心力定律演化出的向心力定律和數(shù)學(xué)上的極限概念和微積分概念，用幾何法證明了橢圓軌道上的引力平方反比定律。萬有引力定律終于成型了，而此時(shí)距離牛頓在家躲避瘟疫已經(jīng)過去了近二十年的時(shí)間了。事情還遠(yuǎn)未結(jié)束，關(guān)于萬有引力的常數(shù)G也一直是科學(xué)家計(jì)算的難題。1798年，卡文迪許做了著名的扭秤實(shí)驗(yàn)，由于他對(duì)扭稱進(jìn)行了多方改進(jìn)，將誤差降到了最低，從而推算出萬有引力常量G的數(shù)值為6.754×10-11N·m2/kg2，已經(jīng)非常接近現(xiàn)代的精確數(shù)值了?？ㄎ牡显S也利用這個(gè)實(shí)驗(yàn)成功測(cè)量了地球的質(zhì)量和平均密度，成為“稱量地球的第一人”。

四、結(jié)論

由上可知，牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律并不是一個(gè)偶然事件，而是人類在漫長(zhǎng)的歷史長(zhǎng)河中，通過不斷知識(shí)積累，在否定或繼承前人的研究成果中發(fā)展的一個(gè)典型案例。沒有蘋果，牛頓照樣會(huì)發(fā)現(xiàn)萬有引力定律，甚至沒有牛頓，萬有引力還是會(huì)被發(fā)現(xiàn)的，只是可能時(shí)間會(huì)推后一些。歷史造就了牛頓，牛頓也創(chuàng)造了歷史。牛頓是踩在巨人肩膀上的巨人！而且他并不孤獨(dú)，在他的周圍還有胡克、哈雷等眾多的科學(xué)家，他們相互幫助又相互超越，在他們的相互競(jìng)爭(zhēng)和合作中提升了人類認(rèn)識(shí)世界的高度、廣度和深度，促進(jìn)了人類社會(huì)文明發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]斯蒂芬梅森.上海外國(guó)自然科學(xué)哲學(xué)著作編譯組，譯.自然科學(xué)史[M].上海：上海人民出版社，1977.

[2]吳國(guó)盛.科學(xué)的歷程[M].北京：北京大學(xué)出版社，2011（2）.

作者簡(jiǎn)介：

郭一鵬（2001-），男，漢族，山東省濱州市沾化區(qū)人，沾化區(qū)第一中學(xué)在校學(xué)生，身份證號(hào)372325200109220×××。