第8章 物理大發現(1)(3 / 3)

人們自然會提出這樣一個問題:龐大的地球為什麼會不知疲倦地繞著太陽旋轉呢?

17世紀,伽利略的慣性定律已普遍為人們所接受。伽利略通過實驗證明,當物體不受力的時候,將保持靜止或勻速直線運動,當受到力的作用時,就會改變速度或運動方向。

於是,人們猜測,一定是有一種力,迫使行星不斷地改變方向和速度,使它們不停地繞著太陽旋轉。

那時候,人們知道的力除了機械力之外,還有一種是磁力,磁石能夠穿越空間把周圍的鐵屑吸引過來。所以人們首先想到了天體間相互作用的力是磁力。

以研究磁學著稱的英國物理學家吉爾伯特提出,太陽和行星之間存在一種類似磁力的引力在起作用,正是這種力使行星繞太陽旋轉。他還設想,地球是一個大磁石,地心產生的引力就是這塊大磁石作用於周圍物體的力。

法國哲學家、物理學家笛卡爾提出了以太說。他認為宇宙間充滿了肉眼看不見的以太,在太陽、地球等聚集體周圍的以太,圍繞著聚集體形成旋渦似的運動,旋渦吸引著四周的物體向旋渦中心運動。

荷蘭物理學家惠更斯是笛卡爾以太旋渦說的信奉者。他做過一個實驗,在一隻盛滿水的大碗中攪起一個旋渦,於是,碗內的卵石就被拉到了碗正中的旋渦中心來。

惠更斯在研究擺的運動中,還發現物體沿圓周運動,需要一種向心力,就像我們在繩子一端拴上一個石子,然後拉著它的另一端讓石子做圓周運動時,手通過繩子給了石子一個向心力一樣,行星繞著太陽運行,也受到一種向心力的作用。惠更斯還推導出了向心力公式。

法國天文學家布裏阿德在1645年甚至提出了引力與距離平方成反比的思想。

盡管許多科學家已不同程度地揣測到了萬有引力的作用,但是沒有一個人對萬有引力定律做出精確的科學論證,真正完成這項工作的是牛頓。

天降大任

好像是“老天爺”有意安排似的,就在近代力學的奠基者伽利略1642年去世的這一年,一個繼承他的事業,把經典力學推向最高峰的科學家誕生了,他就是牛頓。

牛頓出生在英國林肯郡伍爾索普村一個普通農戶家,他的母親和祖母以幾個月前剛去世的他的父親的名字——伊薩克·牛頓為這個新生的男孩取名。

牛頓從小與那些喜歡打打鬧鬧的男孩子不大合得來,他喜歡安靜地思考問題,愛好發明,手工做得特別好,他製作的風車、風箏、日晷滴漏都十分精巧,因此,大家都稱他作“小巧匠”。

中學,牛頓進入離家十多公裏的格蘭賽姆皇家學校,寄宿在藥劑師克拉克家中。當時的藥房就像一個小小的化學實驗室,牛頓在這裏學到了許多化學知識,萌發了對科學的熱愛。

14歲時,牛頓的家境每況日下,不得不中途輟學,回家務農。幸虧格蘭賽姆的校長和他的舅父都很看重牛頓的天才,認為他應該繼續深造,在他們的再三勸說下,牛頓的母親才讓他複學。

1661年,牛頓以減費生的名義考上了著名的劍橋大學的三一學院。所謂減費生就相當於現在的半工半讀,靠給學院的教授、研究員打工獲得獎學金。

牛頓入學後的第二年,三一學院設立了盧卡斯講座,專門講授自然科學知識。這個講座的第一任教授是皇家學會會員、博學多才的數學家巴羅。牛頓把巴羅看作是對他一生幫助最大的恩師。是他把牛頓引向了近代自然科學,特別是光學和數學。巴羅對他的這個得意門生非常欣賞甚至崇敬,他常說:“我對數學雖略有造詣,但與牛頓相比,隻能算個小孩。”後來,巴羅主動把盧卡斯講座的教授職位讓給了牛頓,使剛剛26歲的牛頓成為教授。

1665年到1667年,英國發生了可怕的瘟疫,僅倫敦一地,1665年夏就有3萬人死於瘟疫。劍橋大學不得不停課,大家都分散到了人口比較稀少的鄉下,牛頓也回到了他的家鄉伍爾索普村避難。

在伍爾索普的這兩年,是牛頓一生中創造力最旺盛的時期。牛頓自己曾說過,他的許多重大研究的基本思想,都是在這兩年中形成的,以後不過是使這些思想加以發展、完善。正是在這兩年間,他發現了微積分法、白色光的組成,還有著名的萬有引力定律。

蘋果落地的啟示

據牛頓晚年的密友回憶,牛頓曾多次對他們講過,是蘋果落地引發了他對萬有引力的思考。

一天,牛頓坐在一棵蘋果樹下對引力問題進行思考。突然“撲通”一聲,一個蘋果從樹上落到了他的腳旁。蘋果為什麼不向上,也不向旁邊而總是垂直地落在地麵上呢?牛頓陷入了沉思。

蘋果落地是重力的結果,也即地球對蘋果吸引力的結果。牛頓發現,一個物體的重量不論在地麵上還是在高山頂上,都相差不是很大,可見地球引力威力之大。他設想,重力可以延伸到很遠很遠,穿越太空,到達月球,把月亮往地球上吸引。