《鬼臉物理課.經(jīng)典物理學(xué)》素材節(jié)選9.誰(shuí)的萬(wàn)有引力定律

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1、《鬼臉物理課》素材節(jié)選9 誰(shuí)的萬(wàn)有引力定律 有人從牛頓的經(jīng)歷來(lái)論證這一切都不是偶然的：牛頓是一個(gè)遺腹子，出生不久，母親改嫁，由外祖母撫養(yǎng)，從小沒(méi)爹也沒(méi)娘，所以，某些事一定曾無(wú)情地傷害了他幼小的心靈，導(dǎo)致他心理扭曲、孤寂、好斗…… 即使牛頓的某些言行令人難以容忍，也難以掩蓋他偉大成就的燦爛光輝。 即使萬(wàn)有引力不是牛頓一個(gè)人發(fā)現(xiàn)的，他也是經(jīng)典力學(xué)理論的集大成者。 ******** 1679年，胡克寫(xiě)信問(wèn)牛頓，能否根據(jù)向心力定律、弓I力同距離的平方成反比的定律，來(lái)證明行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)。牛頓對(duì)此保持沉默。 1685年，哈雷登門拜訪牛頓時(shí)，牛頓已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律：兩個(gè)物體之間有引力，

2、引力和距離的平方成反比，和兩個(gè)物體質(zhì)量的乘積成正比。下面讓我們來(lái)欣賞一下萬(wàn)有引力公式： F=GMm/r2 M、m分別表示兩個(gè)物體的質(zhì)量，r是兩個(gè)物體之間的距離，G是常量，取值為6.67X 10-11N?m2/kg2。 這就是凝聚了無(wú)數(shù)天才智慧、千呼萬(wàn)喚始出來(lái)的萬(wàn)有引力公式？它竟如此簡(jiǎn)潔！ 越簡(jiǎn)單、越明了、越直接的，才是越接近自然、接近真理的。 自然不需矯飾，真理總是樸直。 從此，我們只要知道兩個(gè)物體的質(zhì)量和距離，就能算出它們之間的引力有多大。 當(dāng)時(shí)已經(jīng)有了地球半徑、日地距離等精確的數(shù)據(jù)可以供計(jì)算使用。牛頓向哈雷證明，地 球的引力是使月亮圍繞地球運(yùn)動(dòng)的向心力，也證明了在太陽(yáng)引力

3、作用下，行星運(yùn)動(dòng)符合開(kāi)普 勒運(yùn)動(dòng)三定律。 1687年，是一個(gè)偉大的年份。在哈雷的敦促下，牛頓寫(xiě)成劃時(shí)代的偉大著作《自然哲 學(xué)的數(shù)學(xué)原理》（以后簡(jiǎn)稱《原理》）。 值得一提的是，雖然用微積分推導(dǎo)和證明力學(xué)問(wèn)題既方便又好用，但是，牛頓在《原理》 中，似乎是賭氣一樣避免使用微積分，甚至連坐標(biāo)也不用，而是采用幾何學(xué)方法證明問(wèn)題。他用微積分得出結(jié)論，而在寫(xiě)《原理》時(shí)改用幾何學(xué)證明，有人猜測(cè)他之所以這樣，是因?yàn)樗缟袔缀螌W(xué)，認(rèn)為那才是“武林正宗”，而使用坐標(biāo)解決問(wèn)題的“解析”數(shù)學(xué)多少有點(diǎn)“旁門左道”。微積分發(fā)明權(quán)大戰(zhàn)期間，牛頓曾聲稱，他一直不發(fā)表微積分學(xué)，是因?yàn)榕卤蝗顺靶Α＜词谷绱?，《原理》的論證

4、過(guò)程也流露出了使用微積分的痕跡。 牛頓在《原理》中，從力學(xué)的基本概念（質(zhì)量、動(dòng)量、慣性、力）和基本定律（運(yùn)動(dòng)三定律）出發(fā)，運(yùn)用他所發(fā)明的微積分，不但從數(shù)學(xué)上論證了萬(wàn)有引力定律，而且把經(jīng)典力學(xué) 確立為完整而嚴(yán)密的體系，并把天體力學(xué)和地面上的物體力學(xué)統(tǒng)一起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)史上 第一次大的綜合。 牛頓力學(xué)在科學(xué)史上的地位，以及它對(duì)人類文明進(jìn)步的貢獻(xiàn)，都是不可替代的，所以， 力的單位必須叫牛頓（N）,昵稱“?！?。 《原理》拉開(kāi)了現(xiàn)代物理學(xué)的序幕。 可是……可是……我們無(wú)比熟悉的一幕出現(xiàn)了，皇家學(xué)會(huì)居然經(jīng)費(fèi)不足，出不了這本書(shū)！ 1687年，在哈雷的資助下，這部科學(xué)史上最偉大的著作之一才得

5、以出版。 我很是替地球人捏了一把冷汗：幸虧我們可愛(ài)的哈雷先生比較富裕，幸虧比較富裕的哈 雷是個(gè)科學(xué)家，幸虧這個(gè)科學(xué)家有著高度的科學(xué)精神，為了出版別人寫(xiě)的科學(xué)巨著而不遺余 力。 哈雷很快學(xué)會(huì)了微積分和牛頓定律。經(jīng)過(guò)計(jì)算，他發(fā)現(xiàn)1531年、1607年、1682年這 三年，造訪地球夜空的三顆彗星軌跡十分相似。他斷定這是同一個(gè)家伙的三次來(lái)訪，并預(yù)言它將于1758年再次來(lái)訪。1758年，這家伙果然如約而至，于是，人送綽號(hào)“哈雷彗星”。 1968年，美國(guó)宇宙飛船在第一次繞月航行返回途中，一位宇航員說(shuō)道：“我想，現(xiàn)在主 要是牛頓在駕駛飛船了?！? 牛頓駕駛宇宙飛船 我在想一個(gè)問(wèn)題，如果這

6、部書(shū)早一年出版，世界會(huì)是什么樣？如果這部書(shū)沒(méi)能出版，世 界又會(huì)是什么樣？ 讓我們看看，可愛(ài)的天才們圍繞牛頓力學(xué)體系都做了什么： 靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)、分析力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、固體力學(xué)、材料力學(xué)、復(fù)合材料力學(xué)、流變學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、爆炸力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、理性力學(xué)、物理力學(xué)、天體力學(xué)、生物力學(xué)、計(jì)算力學(xué)……離開(kāi)這些，我們的所用、所見(jiàn)、所知、所聞，就跟中世紀(jì)一樣。 舉個(gè)例子：分析力學(xué)。基本原理由牛頓運(yùn)動(dòng)三定律推出?；緝?nèi)容是闡述力學(xué)的普遍原 理，運(yùn)用數(shù)學(xué)分析方法研究宏觀現(xiàn)象中的力學(xué)問(wèn)題。分析力學(xué)廣泛用于結(jié)構(gòu)分析、機(jī)器動(dòng)力 學(xué)與振動(dòng)、航天力學(xué)、多剛體系統(tǒng)和機(jī)器人動(dòng)力學(xué)以及各種

7、工程技術(shù)領(lǐng)域，也可推廣應(yīng)用于 連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和相對(duì)論力學(xué)。 時(shí)至今日，關(guān)于牛頓“科學(xué)霸權(quán)”的三大公案仍不時(shí)被人提起： 一是胡克要求牛頓在《原理》中提一下自己的名字和貢獻(xiàn)，牛頓拒絕了這一合理要求。 有人說(shuō)，牛頓故意把他發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力的時(shí)間改在他與胡克通信之前，而且造出蘋果神話，就 是為了獨(dú)吞萬(wàn)有引力這項(xiàng)成果。胡克死后，連張畫(huà)像也沒(méi)留下來(lái)。據(jù)說(shuō)是在皇家學(xué)會(huì)搬遷新 址時(shí)，胡克的許多收藏、儀器，連同他的畫(huà)像一起遺失了。而搬遷前，牛頓剛剛當(dāng)選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)。據(jù)說(shuō)胡克相貌丑陋，不愿被畫(huà)像，以至于保留在皇家學(xué)會(huì)的畫(huà)像成為孤品，它一 丟，后人就再也沒(méi)法知道胡克長(zhǎng)啥樣了。 二是對(duì)弗拉姆斯蒂德（英國(guó)首

8、任皇家天文學(xué)家，格林尼治天文臺(tái)的創(chuàng)始人，現(xiàn)代精密天文觀測(cè)的開(kāi)拓者）觀測(cè)數(shù)據(jù)的剽竊和盜版。 三是在與萊布尼茨關(guān)于微積分創(chuàng)建人之爭(zhēng)中，表現(xiàn)出小人行徑，萊布尼茨死后，牛頓為 “傷透了萊布尼茨的心”而揚(yáng)揚(yáng)得意。 有人從牛頓的經(jīng)歷來(lái)論證這一切都不是偶然的：牛頓是一個(gè)遺腹子，出生不久，母親改 嫁，由外祖母撫養(yǎng)，從小沒(méi)爹也沒(méi)娘，所以，某些事一定曾無(wú)情地傷害了他幼小的心靈，導(dǎo)致他心理扭曲、孤寂、好斗…… 即使牛頓的某些言行令人難以容忍，也難以掩蓋他偉大成就的燦爛光輝。 即使萬(wàn)有引力不是牛頓一個(gè)人發(fā)現(xiàn)的，他也是經(jīng)典力學(xué)理論的集大成者。 他系統(tǒng)地總結(jié)了伽利略、開(kāi)普勒和惠更斯等人的成果，得到了萬(wàn)有引力定律和牛頓運(yùn)動(dòng)三定律；他發(fā)現(xiàn)了二項(xiàng)式定理，創(chuàng)建了微積分，所著的《廣義算術(shù)》大大推動(dòng)了方程論；他還發(fā)明了反射望遠(yuǎn)鏡，精確地說(shuō)明了色散現(xiàn)象，揭開(kāi)了物質(zhì)的顏色之謎，等等。隨便哪項(xiàng)成果都足以名垂千古，不論牛頓三大公案的史實(shí)如何，我們都無(wú)法否認(rèn)牛頓的偉大。 所以，評(píng)價(jià)某某，還是功過(guò)分明比較好，掩過(guò)飾非的伎倆，往往適得其反。因?yàn)椋惶档奈覀兌济靼祝焊叽笕牧硪幻?，是假大空? 艾薩克?牛頓，這個(gè)可憐的英國(guó)孩子，好好學(xué)習(xí)，天天向上，堅(jiān)韌不拔地成長(zhǎng)為萬(wàn)人景仰的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家和自然哲學(xué)家。他以無(wú)與倫比的科學(xué)貢獻(xiàn)，成為人類歷史上最偉大、最有影響力的科學(xué)家。