点击右上角微信好友

朋友圈

点击浏览器下方“”分享微信好友Safari浏览器请点击“”按钮

正在阅读:牛顿的苹果 | ②万有引力的发现之争
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

牛顿的苹果 | ②万有引力的发现之争

来源:光明网2019-11-12 18:34

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  大家好,我是国家天文台的陈学雷,今天继续和大家讲述牛顿苹果的故事:万有引力的发现。

  虽然苹果的故事并非虚假,但它是否说明牛顿看到苹果之后就马上发现了万有引力呢?这就涉及到一个问题,即牛顿到底是何时发现万有引力定律的。这就与牛顿和胡克就万有引力发现贡献的争论有关了。

  胡克(Robert Hooke,1635-1703) 是个多才多艺的科学家,英国皇家学会的创始人之一,他作为显微镜的发明者和胡克弹性定律的发现者,在今天也是相当著名的。

  早在1662年,他和另一位皇家学会的创始人之一、后来以建筑大师而著名的莱恩(Christoffer Wren,1632-1724)就讨论了行星如何在轨道上运动。他猜想太阳和行星之间有相互吸引的力,这种力可能随着距离增加而减少。

  他还设计了一个简单的实验,检验重力是否随高度的增加而减小。他先用一个天平精确地称量一个铁球和一段绳索的重量之和,然后爬到大教堂的顶上,用那段绳索悬挂着铁球垂下,同时用天平称量看这种情况下总重量是否变化【文献1】。因为这种情况下,绳索的高度高于铁球,所以绳索受到的引力会小一些,这样有可能会比地面称量小一些。或者反过来说,在屋顶称量会重一些。当然这个实验的精度并不足以探测到任何差别。

  1666年,胡克在皇家学会宣读论文,1674年又出版了著作《证明地球运动的尝试》(An Attempt to Prove the Motion of the Earth from Observations),提出所有的天体都有一种指向其中心的重力,不仅吸引自己的各个部分使其不至飞散,且可以吸引位于其作用区域内的其它天体;物体在不受力的情况下做直线运动,在外力影响下才会偏离直线按曲线运动。他还提出太阳和行星之间存在的这种力随距离增大而减小,但在此书中他不确定是按照什么规律减小。

  我们可以看到,胡克比牛顿要长一辈。1661年,胡克开始考虑这个问题时,牛顿刚刚上大学。在1666年,胡克其实已经发表了结果,虽然据说牛顿是在1666年看到了苹果,但是他并没有立刻发表。

  到1684年1月,天文学家哈雷(Edmund Halley,1656-1742)与胡克、莱恩在皇家学会的会议上又讨论到行星运动问题。哈雷很年轻,他根据行星运动的开普勒第三定律,假定行星的轨道是圆的,可推测出行星受到太阳的引力反比于距离的平方。但是因为行星实际的运动轨迹是椭圆而不是圆,所以他并不能真正证实这一点。

  这时候,胡克声称他能够证明,在这种情况下行星运动的轨迹是椭圆。但是莱恩和胡克打了多年交道,知道他有时爱夸大其词,因此并不相信胡克有像样的证明。莱恩提出以两个月为期、一本书作为奖品征集这一证明。胡克表示他已有这个证明,但不打算立刻公布,因为这样人们就不会知道这个证明的难度。他说要等一段时间,大家都证明不出来,才能显示这个证明的难度。

  同年8月,哈雷正好来到剑桥,见到了当时在剑桥担任教授的牛顿。他们讨论了一些问题后,哈雷询问牛顿:如果行星受到太阳的吸引,且引力与距离平方成反比,行星的轨迹是什么样子?牛顿回答说是椭圆。哈雷问牛顿是怎么知道的,牛顿说他算过。哈雷闻言大喜,请牛顿提供证明,牛顿说他要找一下,但是第二天他却说没找到计算的论文,但可以能另外写一篇。

  实际上,后来人们在牛顿手稿中找到了他声称未找到的那篇论文,这篇论文中含有一些错误。人们猜测牛顿没有交出这篇论文,可能并不是没找到,而是因为他发现了里面有问题。

  而后哈雷回到伦敦。1684年11月,牛顿托人带了一篇9页纸的论文给哈雷,这是一篇拉丁文的论文,题为《论在轨道上的物体的运动》(拉丁文De motu corporum in gyrum)。文中牛顿证明了服从开普勒运动定律的物体受到一个指向椭圆的一个焦点,且与距离平方成反比的力,也证明了在平方反比力的情况下,物体最一般的运动轨迹是圆锥曲线。圆锥曲线包括椭圆,在有些情况下可以是抛物线或双曲线,这取决于物体运动的速度或者说能量有多大。

牛顿的苹果 | ②万有引力的发现之争

  牛顿《自然哲学的数学原理》第一版

  哈雷看到文章后很激动,立即动身前往剑桥与牛顿会面。他回来后向皇家学会报告了这一论文的情况,并说牛顿打算在继续修改完善后再在皇家学会正式宣读这一论文。但是,牛顿并未像哈雷预期的那样很快寄来修改稿。哈雷意识到这一发现的巨大意义,为了保护牛顿的发现优先权,他就将手上那份论文在皇家学会做了登记。

  为什么这时牛顿会很拖拉呢?是因为牛顿在写作中产生了巨大的创作热情,他不断扩充书的内容,从原来的简单专题论文,变成了完整阐述整个力学的三卷本巨著,也就是我们现在所熟知的《自然哲学的数学原理》(以下简称《原理》)【文献2、3】,他夜以继日地工作了两年,直到1687年才完成此书,最后在哈雷的帮助下印刷出版。

  参考文献

  【1】钮卫星,《天文学史--一部人类认识宇宙和自身的历史》,上海交通大学出版社,2011.

  【2】Issac Newton, The Principia--Mathematical Principles of NaturalPhilosophy, translated by I. Bernard Cohen & Anne Whitman, University ofCalifornia Press, 1999。

  【3】牛顿,《自然哲学的数学原理》,赵振江译,商务印书馆,2019.

  主讲人简介

  陈学雷, 中国科学院国家天文台研究员,主要从事暗物质、暗能量、星系大尺度结构等宇宙学研究。

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文()

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 第十一届博博会在海口举办

  • 湖南攸县:小辣椒铺就乡村致富路

独家策划

推荐阅读
技能是劳动者的重要生产禀赋,是其嵌入生产过程、与生产工具协同的关键点。机械化、电气化和自动化催生了产业革命,建立起机器大生产与标准化流水线。在此情境下,对标准化设备的熟练操作成为劳动者的核心技能,“动手能力”成为技能人才的鲜明标签。
2026-11-13 09:55
由自然资源部、国家发展改革委联合印发的《关于“人工智能+自然资源”的实施意见》日前对外发布。《意见》旨在推动人工智能在自然资源领域规模化、产业化创新应用,服务国土空间规划“一张图”智能化升级。
2026-11-13 01:50
天津农业合成生物与生物智造科创园占地41.4亩,布局创新创业、中试、检验检测等七大功能板块,承担的是“从1到10”的成果转化职能。用谯仕彦自己的话说:“实验室实现‘从0到1’,工厂完成规模化制造,二者中间横亘着中试熟化、工程放大、市场验证等重重关口。这座科创园,就是一座跨越转化难关的桥梁。”
2026-11-13 01:50
知识的创新、传播与应用彼此关联,却承担不同的认知任务。把已有道理向更多人讲清楚,可以扩大知识的社会影响;提出此前尚未形成的科学解释,则可能改变人们对世界的认识。评判人工智能在知识生产中的作用,应区分知识传递的效率与知识创新的增量,并考察其在不同知识活动中承担的任务。
2026-11-13 02:20
该井位于渤海中部海域,紧邻渤海最大的富烃凹陷—渤中凹陷,在火山岩地层中累计钻遇超120米天然气层,完钻井深5770米。经测试,该井日产天然气约80万立方米(约2800万立方英尺),展现了海上超深层火山岩领域广阔的勘探前景,有力推动了渤中凹陷天然气勘探进程。
2026-11-13 02:20
绿色算力既是数字基础设施建设的重要方向,也是清洁能源优势转化为发展动能的现实路径。当前,人工智能技术加快迭代,算力在科技创新和产业升级中的基础作用日益凸显,持续增长的计算需求对电力保障能力和能源利用效率提出了更高要求。
2026-11-12 01:30
把两根绳子接起来量一量,总长就出来了,不必先把两段长度换算成数字再相加。模拟计算走的是这条路:不把问题拆成一条条指令,而是让物理规律直接给出结果。北京大学人工智能研究院孙仲团队牵头,联合意大利米兰理工大学、IBM苏黎世研究院和美国一家公司的研究人员,为正在升温的模拟计算研究提出“现代模拟计算”统一框架。相关论文于近日发表。
2026-11-12 01:30
眼下,重庆市彭水苗族土家族自治县的红薯正值采挖时节,一辆辆轻型卡车在通往种植基地的“产业路”上穿梭,将收获的鲜薯运送到县工业园的重庆乐薯农业有限公司,经过严格的品质检测、清洁和一系列加工程序后,便成了人们常见的红薯淀粉。
2026-11-12 02:05
11月10日,记者从山东省泰安市人民政府新闻办举行的发布会获悉,泰安将科学有序、免费开放部分泰山景区等场地,为国内外机器人企业、科研机构提供实景训练测试条件,同时统筹做好场景供需对接、数据算力支撑、落地服务保障等,推动泰安新型工业化强市建设。
2026-11-12 02:05
当前,全球新一轮科技革命和产业变革加速演进,以生成式人工智能为代表的通用目的技术正从生产端加速向消费端传导。餐饮住宿、文旅出行、养老照护、教育培训、家政美容等服务消费,直接关系到千家万户的日常生活品质。推动人工智能在服务领域深度应用,让前沿技术成果惠及更多消费者,已成为各国促进消费、提升服务业竞争力的共同关注点。
2026-11-12 02:15
全透明光伏发电玻璃可使玻璃幕墙建筑成为分布式光伏电站;新一代柔性太阳能电池阵,能为中国空间站提供电力保障。下一步,我们要高水平推进“中国碳谷”建设,形成创新合力,打通基础研究、技术攻关、产业孵化和品牌塑造全链条。
2026-11-11 09:27
国家卫生健康委、国家医保局、国家中医药局、国家疾控局共同制定印发《关于进一步做好创新药安全合理配备使用工作的通知》,满足群众多元化用药需求,提高疾病治疗效果,保障医疗质量安全。
2026-11-11 01:45
培育和发展新质生产力急需高质量创新人才。高校的独特之处,在于教育、科技、人才要素集聚,它处在科技第一生产力、人才第一资源、创新第一动力的结合点上,也承担着将三者统合起来的制度功能。
2026-11-11 01:45
与其说是AI解出了难题,不如说是人类在AI的协助下拓展了边界。这带来的不仅是解题速度的提升,更是一场深刻的科研范式之变。
2026-11-11 01:45
主动对接国家西部战略和甘肃现代产业体系建设
2026-11-11 01:45
“把技术真正用到生产线上,把产品的附加值提上去,为三峡库区的发展出一份力。”11月7日,重庆三峡医药高等专科学校青年教师黎春红,在重庆国际人才交流大会第四届重庆三峡人才节开幕式上的发言,道出了扎根库区青年人才的共同心声。
2026-11-11 01:45
2026文化科技产业发展论坛9日在湖南长沙开幕,在论坛现场,2026文化科技融合十大典型案例以及20个创新案例发布。
2026-11-10 01:40
访客随手拿起一张,掏出手机或用现场扫码器扫一扫二维码,技术亮点、应用场景、项目负责人信息等全部跃然眼前。厚重的专利卷宗、深奥的学术论文,就这样化作产业人士可以快速读懂的内容。
2026-11-10 01:40
镜头这边,是华东政法大学研支团的黄祖维、常秩豪、杨朗;镜头那头,是云南普洱景东华政附属三合麦地小学的小学生,和新疆喀什巴楚县第二中学的初高中生。500多个孩子,隔着屏幕看进博。这是华政研支团连续第五年开展“云端看进博”,3位讲师刚结束一年支教,曾站在这两处山乡讲台,如今是进博会的“小叶子”。
2026-11-10 02:00
事实上,这并不是镜片行业一次偶然的“乱”。这背后,是标准的缺失与监管模糊地带的长久存在。眼镜虽小,却关乎几亿人的明亮“视”界。近视防控镜片行业信任的“标尺”,不仅应尽快立起来,更要立得牢。
2026-11-10 01:40
加载更多