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牛顿的科学万有引力的发现（第1页）

牛顿的科学—万有引力的发现

２０００年到来之前，英国《星期日泰晤士报》编辑约请著名专家学者，对过去1000年来对人类做出卓越贡献的人物加以排名，科学家牛顿名排首位。

影响最大的科学家

牛顿１６４３年１月４日诞生于英格兰东部小镇乌尔斯索普一个自耕农家庭。出生前八九个月父亲死于肺炎。牛顿自小瘦弱，出生时只有3磅重。３岁时他的母亲再嫁给一位牧师·熏把孩子留在他祖母身边抚养。８年之后，牧师病故，牛顿的母亲带着后夫所生的一子二女又回到乌尔斯索普。牛顿自幼沉默寡言·熏性格倔强·熏这种习性可能来自他的家庭处境。

到了６岁该上学的年纪，牛顿又厌倦学校，上课时心不在焉，成绩上不去，下课又不和人交朋友，也不会顽皮地讨人喜欢，于是老师和同学们把他看作“迟钝的呆子”。但幼小的牛顿很愿意动手干木工活，专注于自己喜爱的各种劳作，还爱沉思默想一些自然现象。８岁时牛顿用平时积攒的零钱买了锤、锯来做手工，他特别喜欢刻制日晷，利用圆盘上小棍的投影显示时刻。传说他家里墙角、窗台上到处都有他刻划的日晷，他还做了一个日晷放在村中央，被人称为“牛顿钟”，一直用到牛顿死后好几年。他还做过带踏板的自行车，用小木桶做过滴漏水钟，放过自做的带小灯笼的风筝（人们以为是彗星出现），用小老鼠当动力做了一架磨坊的模型，等等。他观察自然最生动的例子是１５岁时做的第一次实验：为了计算风力和风速，他选择狂风时做顺风跳跃和逆风跳跃，再量出两次跳跃的距离差。

牛顿１２岁时，进入格兰瑟姆的皇家学校就读。在这里，牛顿开始奋发图强，和班里的同学交往谈话，学习越来越用功，成绩也越来越好。为了就近上学，牛顿曾寄住在格兰瑟姆镇克拉克药店，这里更培养了他的科学实验习惯，因为当时的药店就是一所化学实验室。牛顿在自己的笔记中，将自然现象分类整理，包括颜色调配、时钟、天文、几何问题等等。这些灵活的学习方法，都为他后来的创造打下了良好基础。

牛顿的母亲原希望牛顿成为一个农民，因此他曾停学务农。在这段时间里，他利用一切时间自学。放羊、购物、农闲时，他都手不释卷，甚至羊吃了别人庄稼，他也不知道。他舅父是一个神父，有一次发现牛顿看的是数学，便支持他继续上学。１６６１年６月牛顿考入了剑桥大学三一学院。作为领取补助金的“减费生”，他必须担负侍候某些富家子弟的任务。在这里，牛顿遇到了博学多才的伊萨克·巴罗教授。巴罗教授不墨守成规，他不仅讲授自己的观点，还介绍各种假说的争论情况，以启发学生的智慧。他还是当时主持自然科学新讲座（卢卡斯讲座）的第一任教授，被称为“欧洲最优秀的学者”。

遇到巴罗教授，对于牛顿的一生来说，无疑是一件极幸运的事情。是巴罗教授把牛顿引向探索自然科学真理的征途，是巴罗教授最早发现了牛顿的才华。牛顿受到了巴罗教授的特别教诲，打开了思路。１６６４年牛顿经考试被选为巴罗的助手，１６６５年大学毕业。

在１６６５～１６６６年，伦敦流行鼠疫的两年间，牛顿回到家乡。这两年牛顿作出了多项发明。１６６７年牛顿重返剑桥大学，１６６８年７月获硕士学位。１６６９年巴罗推荐２６岁的牛顿继任卢卡斯讲座教授。１６７２年牛顿成为皇家学会会员，１７０３年成为皇家学会终身会长。１６９６年就任造币局局长，１７０１年他辞去剑桥大学工作，因改革币制有功，１７０５年被封为爵士。１７２７年牛顿逝世于肯辛顿，遗体葬于威斯敏斯特教堂。

牛顿无疑是世界上最伟大的科学家，自２１岁至２７岁，牛顿就奠定了某些学科理论基础，导致以后世界上的一系列科学革命。他的第一个轰动科学世界的成果就是发现光的本质。经过一系列的严格试验，牛顿发现普通白光是由七色光组成的。经过一番光学研究，牛顿制造了第一架反射天文望远镜，这架天文望远镜一直在天文台使用到今天。

莱布尼茨曾说：“在从世界开始到牛顿生活的时代的全部数学中，牛顿的工作超过了一半。”的确，牛顿除了在天文及物理上取得伟大的成就，在数学方面，他从二项式定理到微积分，从代数和数论到古典几何和解析几何、有限差分、曲线分类、计算方法和逼近论，甚至在概率论等方面，都有创造性的成就和贡献。

但是他最为人所知的，就是万有引力的发现。

万有引力的发现

１６６５年到１６６６年，由于一场可怕的瘟疫，剑桥大学被迫停课，牛顿因此回到故乡乌尔斯索普村。

在回家躲避瘟疫的那两年里，牛顿非常注意观察太阳、月亮和星辰的运行，他经常在思考天体的运行能不能从动力学的角度来加以解释。１６６６年的一天，牛顿正坐在花园里的苹果树下看书，忽然一只苹果从树上掉下来，正好打中他的脑袋，然后滚落在草地上一个小坑里。牛顿还顾不得去揉一揉被打疼了的脑袋，就被这件十分平常的事情所吸引。他问自己，苹果为什么不掉向天空，却偏偏落向地面呢？这一连串的问题，逐步把牛顿的思路引导到引力的观念上去。他想，地球大概有某种力量，能把一切东西都吸向它吧·选物体所具有的重量，可能就是它受地球引力的表现。

牛顿没有让他的思路停止在这一步，他想到，地球的引力如果没有受到阻止，那么月亮是否也受到了地球的吸引力呢？月亮总是按照一定的轨道绕地球旋转而不会越轨跑掉，不正是地球对它有吸引作用的结果吗？牛顿又进一步推想到各个行星之所以围绕着太阳运转，也必定是因为太阳对它们有吸引作用。因此，他认为宇宙中的一切物体之间都存在着一种相互吸引的作用，牛顿把这种相互作用称之为“万有引力”。

但是，有一个问题随之产生了。既然地球吸引着月亮，太阳吸引着地球和其他行星，那么为什么不会像地球上的物体都落向地面那样，月亮落向地球，地球和各个行星落向太阳呢？牛顿又通过对抛射物体的研究，从中得到了启发。他设想：如果有一个巨人站在一座很高很高的山顶上，沿着水平的方向抛出一块石头。这块石头在向前飞行的同时，由于重力的作用也在向下落，石头在空中的路径是一条抛物线，最后落到地面上。石头抛出的水平速度越大，它落地以前飞过的水平距离也越远。它的轨道弯曲程度也越小。可以设想，如果抛石的力量足够大，以致使石头的轨道曲线的弯曲程度和地球表面的弯曲程度相同，那么这块石头就会像月亮那样，绕着地球运转下去，永远落不到地面了。至此，在牛顿的脑海里，已逐步形成了完整的引力思想。

有了万有引力这个思想，还需要用严密的数学手段，精确地得出万有引力的数学表达式。牛顿认识到，从动力学的角度来看，开普勒所得出的行星运动的三个定律都是万有引力作用的结果。于是，牛顿从这些定律入手，通过一系列的数学推导，并从天体运动规律的具体分析中，得出了普遍的万有引力定律。可是，牛顿并没有立即发表这个理论，他仍在冷静地深思和研究着。一方面，他要对它的每个细节作严密的数学论证；另一方面，还要为这一理论提供切实可靠的实践验证。可是，在这两个方面，牛顿都遇到了巨大的困难。

１６７２年，法国人皮卡尔由精密的大地测量得出了地球直径的更准确的数值，１６８２年，牛顿根据这个最新的数值，使根据万有引力定律算出万有引力系数Ｇ的理论值，与由运动学方法测出的实际数值取得了一致。１６８５年，牛顿又克服了数学上的困难，严格地证明了计算一个均匀的球状物体对外面物体的吸引作用时，已经看作所有的质量都集中在物体的中心。困难终于被扫除，牛顿的万有引力定律终于在１６８７年的《自然哲学的数学原理》中正式发表了。

影响

牛顿的成就，恩格斯在《英国状况十八世纪》中概括得最为完整：“牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学。”但他的天才对于现代世界产生了更为深远的影响。早在基督之前三个世纪便已成名的亚里士多德曾引导自然哲学家（当时对科学家的称谓）去关注无法解释的“缘由”问题。在漫长的世纪中，亚里士多德关于世间万物都受内在理念驱动的观点导致后人作出了众多徒劳无益的猜测。牛顿并非首先对亚里士多德理论发难的挑战者，但他却是在广泛领域中最终驳倒该理论的第一人。他说服自然的研究者放弃了缘由说，而将注意力系统集中在事物“如何”变化上来。而且他为他们提供了找出答案的基本数学工具。因此，根据包括爱因斯坦在内的众多科学家的看法，牛顿对于现代科学的贡献超过了历史上任何其他一个人，他的研究成果对于整个人类文明都产生了决定性的影响。