魯學智說道:能夠解釋這些“引力”現象的理論首先是由英國科學家牛頓提出的“萬有引力”理論。慧日和慧月異口同聲地說道:萬有引力?聽起來很有意思。魯學智打開桌上放著的電腦和投影儀,將書中夾的一張光盤放入電腦光驅中,用鼠標點了幾下,前方屏幕上出現了一些字幕和圖片,魯學智指著字幕和圖片說道:
在300多年前,一個名為牛頓的英國科學家在1687年出版的《自然哲學的數學原理》一文中首先提出了“萬有引力”理論,根據這理論,宇宙中的任一物體都被另外物體所吸引,物體質量越大,相互距離越近,則相互之間的吸引力越大。
“萬有引力”公式:F=G0(M1M2/r2)。即:萬有引力F等於引力常數G0乘以物體1的質量m1,再乘以物體2的質量m2,除以兩物體之間距離r的平方。
慧日和慧月認真地聽著魯學智和光盤的介紹。魯學智接著說道:“萬有引力”理論不但可以解釋星球的運動,比如月亮為什麼繞地球轉動,地球為什麼繞太陽轉動等,也可以解釋地球上物體的自由下落運動。比如扔的再高的東西為什麼總要落下來,水為什麼總是從高往低處流,樹上的果實熟了為什麼總是往地上掉等現象。根據萬有引力定律,科學家成功地預言並發現了海王星,還解釋了彗星的運動軌道和地球上的潮汐現象。
這時,慧日想起靜空師傅說過的話:玉皇大帝給太陽一根無影繩拴住了地球,使得地球隻能繞太陽轉,玉皇大帝又給地球一根無影繩拴住了月亮,使得月亮隻能繞地球轉。地球上的無影繩有無數根,無影繩不僅拴住了月亮,也拴住了地球上的每一個人和物。慧日想牛頓的“萬有引力”理論與靜空師傅的說法十分相似,無影繩就是“萬有引力”。
魯學智接著說道:科學家通過觀測和計算,發現像地球一樣圍繞太陽轉動的星球有八顆,按照離太陽的距離從近到遠,它們依次為水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。慧日問魯學智道:這個理論確實新奇,關鍵詞是“引力”,重點是“萬有引力”定律。牛頓是怎樣發現“萬有引力”的呢?魯學智點了幾下桌上放著的鼠標,前方屏幕出現了一些介紹牛頓的圖片,魯學智結合圖片說道:
當年,牛頓發現萬有引力定律是一個漫長而曲折的過程。牛頓是一個勤奮學習、善於思考的人。1669年,他年僅27歲,就擔任了劍橋大學的數學教授。另外在1672年當選為英國皇家學會會員。英國皇家學會不是一般人能進去的,那是科學研究中心,裏麵的都是一流的科學家。
當牛頓擁有一定的知識量後,為他首先提出“萬有引力”理論奠定了基礎。
牛頓在發現萬有引力定律的那一段時間裏,達到了廢寢忘食的程度。據《物理學史》說:他每天魂不守舍,去食堂吃飯,能走錯了方向。在食堂吃飯時,他總是在發呆。一些老師在校園後的沙灘上散步時,看見了牛頓在沙灘上留下的一些古怪的算式和符號。
還有一些蘋果砸在牛頓頭上,通過思考發現“萬有引力”的故事:少年時代的牛頓就喜歡獨立思考,12歲的牛頓表現了對實驗和機械發明的濃厚興趣,通過觀察和思考,自己動手製作了許多有趣的玩具。蘋果落地引起他的注意是偶然的。一個炎熱的中午,小牛頓在他家的農場裏休息,正在這時,一個熟透了的蘋果落下來,這個蘋果不偏不倚,正好打在牛頓頭上。牛頓想:蘋果為什麼不向上跑而向下落呢?大凡科學家都保留一顆童心,牛頓更不例外,當他長大成了物理學家後,他聯想到了少年時期發生在自己身上“蘋果落地”的事,可能是地球某種力量吸引了蘋果掉下來。於是,牛頓發現了萬有引力。
其實,在牛頓發現萬有引力之前,有很多天文學家就對宇宙進行了觀察,並做了大量的工作,為牛頓發現萬有引力打下了基礎。比較著名的有荷蘭物理學家克裏斯蒂安?惠更斯,惠更斯在伽利略的勻速運動的理論的基礎上總結得到了離心力和向心力理論。慧日問道:什麼是離心力和向心力呢?魯學智解釋道:這兩種力隻有物體在做圓周運動時才會產生,比如地球圍繞太陽轉動時,離心力顧名思義是指遠離圓心的力,向心力顧名思義是指靠近圓心的力,而且這兩種力大小相等,方向相反,位於一條直線上。
經過多位科學家的努力,到開普勒時,對這些觀測結果進行了分析總結,得到開普勒三定律。
開普勒(JohannesKepler,1571-1630),德國天文學家。開普勒定律是開普勒通過大量觀測數據和計算總結發現的關於行星運動的定律。開普勒第一定律,也稱橢圓定律;也稱軌道定律:每一個行星都沿各自的橢圓軌道環繞太陽運動,而太陽則處在橢圓的一個焦點中;開普勒第二定律,也稱麵積定律:在相等時間內,太陽和運動中的行星的連線(向量半徑)所掃過的麵積都是相等的。這一定律實際揭示了行星繞太陽公轉的角動量守恒;開普勒第三定律,也稱調和定律或周期定律:是指繞以太陽為焦點的橢圓軌道運行的所有行星,其橢圓軌道半長軸的立方與周期的平方之比是一個常量。
牛頓經過研究思考“為什麼存在開普勒三定律”這個問題,得到的答案是,物體之間存在萬有引力。
牛頓利用萬有引力定律不僅說明了行星運動規律,而且還指出木星、土星的衛星圍繞行星也有同樣的運動規律。他認為月球除了受到地球的引力外,還受到太陽的引力,從而解釋了月球運動中早已發現的二均差等現象。