“怎麼啦?哥哥,蘋果可不會說話呀?”
牛頓轉過頭,一本正經地說:
“我在想,蘋果和月球有什麼關係呢?”
哈娜聽後,哈哈大笑,說:
“這有什麼好想的?本來就沒有什麼關係嘛,你可真是想呆了。”
牛頓卻沒有笑。
“他們的確不一樣,我剛才在這裏睡著了,這個蘋果掉下來,把我嚇醒了。”
哈娜神秘的一笑,說:
“是不是想吃蘋果,不好意思呀?”
牛頓突然問哈娜:
“哈娜,你說,蘋果從樹上掉下來的時候,為什麼掉在地上,而不會飛上天空呢?”
哈娜很驚訝地說:
“這有什麼好奇怪的,蘋果熟了當然會往地下掉呀!你瞧,那又掉了一個蘋果呢!”
牛頓朝她手指的方向一看,果然又有一隻熟蘋果掉了下來。
這一現象使牛頓陷入沉思:
“這究竟是什麼原因?”
牛頓看著蘋果,不斷地思考著這個問題。思緒越來越遠,飛到了月亮,飛到了茫茫的宇宙……他手中的蘋果,也已經變成了月球,變成了行星,變成了茫茫太空中的一個個天體。
牛頓坐在樹下,對著蘋果沉思了許久,突然,他悟出了一個道理:
“蘋果從樹上掉下來,隻因為地球在用力往下拽它,在吸引著它。”
“可是,蘋果是因地球的引力而掉在地上的,為什麼月球就不會受地球引力的影響而掉下來呢?”
“又是什麼樣的力使它們始終保持著一定距離運轉呢?難道是因為月球和地球的距離比蘋果和地麵的距離大的緣故嗎?”
牛頓百思不得其解。
“地球的力量到底有多大?這種力量有沒有極限呢?”
一個又一個疑問困擾著牛頓。
忽然,牛頓想到了小時候玩過的一種遊戲:
首先把一塊石頭用一根繩子綁住,然後把繩子的另一頭係在手上,再用力使勁地甩,石頭就會繞著圓圈打轉。
牛頓想:
“如果把人看成是地球,而石頭就是月球,石頭繞著人轉,那麼繩子也就相當於地球引力,石頭越大,轉起來越費力。”
“這樣,就可以了解到月球為什麼保持一定的距離,環繞地球轉,而不會飛走或掉到地球上來了。同樣的道理,太陽與地球之間,也存在著這種引力。而宇宙中的其它星體之間,也被這種引力吸引著,有規律地運動著。”
牛頓一下子開了竅似的,悟透了宇宙運動規律,於是萬有引力就這樣被發現了。牛頓悟出了這個道理,心中有說不出的喜悅,可是思考並未因此而止步,他仍在思考著地球、月球、太陽之間存在的這種力會不會改變。
牛頓又想到了開普勒的第二法則:假如有一個行星,它環繞地球一周用27年,那麼它和地球的距離就是太陽距離的九倍。
牛頓運用這個法則反推回去,結果發現了有名的“逆二乘法則”。運用這個法則,可以推算出地球和月球之間的引力。後來,科學家運用這個定律,測算出了彗星出沒的時間,並相繼發現了海王星和冥王星等。
這就是萬有引力和蘋果落地的故事。不管是真是假,牛頓老家園子裏的蘋果樹被賦予了非凡的意義,成為後人瞻仰牛頓故居時讚歎牛頓偉大過人之處的活典型。
71.牛頓發現光的色散現象
牛頓不僅在經典力學的研究上作出了卓越的貢獻,而且在光學上也有不少重大的成就。
牛頓一生中,花費了不少精力從事光學方麵的研究,他在光學領域中的一個重要成就,就是發現了光的色散現象。
從1666年開始,牛頓對光的顏色本性問題進行了一係列的研究。首先,他用一個簡單的實驗,來證明了不同顏色的光有不同的折射率。
這個實驗是這樣的:他拿了一塊長紙板,一半塗成了鮮紅色,另一半塗成了藍色,然後,他把這塊紙板放在窗戶的旁邊,通過一塊玻璃棱鏡來觀察它。他發現,如果把棱鏡的折射棱角朝上,紙板由於折射,看起來好像被抬高了,而且藍色的半邊比紅色的半邊升得更高;但是,當折射棱角朝下時,紙板由於折射看起來像被放低了,藍色的半邊比紅色的半邊降得更低。於是,牛頓斷定:藍光的折射比紅光厲害。
此外,他還發現,當他用透鏡聚光時,藍光與紅光一定會聚集在離透鏡不同的地方。為了證實這個結論,他又做了一個實驗。他取了一張紙,也是一半塗上藍色,另一半塗上紅色,然後用蠟燭照明,經過透鏡後,試圖在另一張紙上得到清晰的像。為了能夠判斷成像的清晰度,他又用黑線在紙上劃了幾道圓圈。他發現,這一次,塗上顏色的紙片的兩邊不能夠同時聚焦成像。當紙片的紅色部分顯得清晰時,藍色部分就顯得模糊,它上麵的黑線幾乎看不出來;反之,當藍色部分顯得最清楚時,紅色部分又模糊了,它上麵的黑線也幾乎看不到。此外,他還發現,在紙片藍色部分成像最清晰的地方,比紅色部分成像最清晰的地方,距離透鏡更近。
牛頓又連續做了另外的一係列實驗,他最後還專門做了一個實驗,來證明白色的光具有複雜的成分,是由各種顏色組合起來的。白光能夠分解成不同顏色的單色光,每一種顏色的光都有自己確定的折射率,這就是著名的“光的色散實驗”。
牛頓發現了光的色散現象,使人們對顏色的解釋擺脫了主觀視覺印象,走上了與客觀量度相聯係的科學軌道,並開創了光譜學研究的先端。從此,光譜分析就成為光學和物質結構研究的主要手段。
72.拉瓦錫發現燃燒的奧秘
安東·尼羅朗·拉瓦錫出生於法國巴黎一個富裕的律師家庭。他五歲那年,母親因病去世,從此在姨母的照料下生活。十一歲時,他進入當時巴黎的一所名牌學校學習,畢業後,考入法政大學,二十一歲畢業,取得了律師的資格。
然而,拉瓦錫真正感興趣的卻是自然科學。在大學裏,他就主動拜一些著名的學者為師,學習數學、天文、植物學、地質礦物學和化學。他堅持每天作氣象觀測,假期還跟隨一些地質學家到各地考察旅行。
拉瓦錫在自然科學上的成就,令他成為科學院的一名會員。此後,他把全身心都投入到化學研究中。他開始研究空氣的燃燒。
在當時,人們普遍認為,空氣能夠燃燒,因為在空氣裏,含有一種燃素。但是,拉瓦錫卻對這一觀點表示懷疑。他聽說有一種氣體,如果把蠟燭放在裏麵,會燃燒得很亮。於是,他根據這一提示開始做實驗,結果,發現了空氣的複雜組成。
在每一次實驗的前後,拉瓦錫總是會用天平來仔細稱物質的重量。他常常一麵稱,一麵想道:“當這一種物質失去了重量,而另外的一種物質卻重了一些,這就說明,在實驗的過程中,一定有點什麼東西離開了第一種物質,跟第二種物質化合了。”
有一次,拉瓦錫用磷做實驗。他在實驗前,按老習慣,先把磷放在天平上稱重,然後才把磷放進瓶子裏麵去燃燒。實驗完成以後,他又把燃燒後的磷塊,用天平稱了一下。他發現,燃燒以後的磷塊比燃燒以前重,那麼,磷酸的額外重量是從哪兒來的呢?“一定是從空氣裏來的!”拉瓦錫想,“大家認為在燒瓶裏失蹤了的那部分空氣,其實並沒有逃出瓶外,它隻是在燃燒中和磷化合了。磷酸就是它們化合之後的產物。”同樣的道理,其他的任何物質,當它們在空氣中燃燒時,都會與空氣中的一些元素進行化合,從而生成另外的物質。於是,幾個世紀以來,一直籠罩在人們心頭上的關於空氣和物質燃燒的奧秘,就這樣被拉瓦錫揭穿了。拉瓦錫的發現,在科學界引起了一場暴風雨。化學家們已經習慣於到處看見“燃素”那無形的幽靈了,忽然宣布它不存在,這個一百八十度的拐彎,他們怎樣也不能馬上轉過來。還有,說燃燒著的物體不但沒有被毀滅,被分解,反而把“活空氣”結合到自己裏麵,這種想法,他們也覺得十分荒誕。因此,他們嘲笑拉瓦錫,指責他的工作有缺點,說他的試驗做得不正確。可是,事實究竟是事實。拉瓦錫用一連串人人可以檢查的事實來證明他的發現是正確的。正是由於拉瓦錫的發現,到了十八世紀末,“燃素學說”被趕出了化學的大門。
73.赫歇爾發現天王星
英國天文學家威廉·赫歇爾出生於德國漢諾威。當他十七歲時,他來到英國,在宮廷的歌會上擔任雙簧管吹奏者。一方麵,他靠音樂維持生活;另一方麵,他刻苦努力地自學數學和物理。在學習數學和物理的過程中,他對天文產生了濃厚的興趣,業餘時間自己製作望遠鏡。在他的一生中,一共製造了四百多台望遠鏡,其中,口徑最大的長達一百二十五厘米。1774年,赫歇爾三十六歲那一年,他又成功製造了一台反射望遠鏡。
在1781年3月13日的晚上,與往常一樣,赫歇爾在妹妹加羅琳的陪同下,用自己親手製造的一台口徑為十六厘米、焦距為二百一十三厘米的反射望遠鏡觀測天空。就在當他把望遠鏡指向雙子座時,他突然發現有一顆很奇妙的星星,乍一看像是一顆恒星,一閃一閃地發光。這顆星引起了他的懷疑。
第二天晚上,他又繼續觀測這顆星。這顆星星還在不停地移動。既沒有“慧發”,也沒有“彗尾”,這顆神秘而獨特的星體,究竟是一顆什麼星呢?經過仔細的觀察以及研究大量的數據,最後,他確定這既不是一顆彗星,也不是一棵恒星,而是一顆在土星的軌道外麵運行的大行星。這顆行星,後來被人們稱為“天王星”。
天王星的發現,將太陽係的範圍擴大了整整一倍多,立即成為天文學家們的重要觀測對象。它引起了天文學界的一場革命。天王星的發現也使赫歇爾聞名於世,並被英王任命為皇家天文學家。從那以後,赫歇爾一直致力於天文學,為天文的發展作出了許多卓越的貢獻。