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 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 第六届中国跨境电商交易会在福建福州开幕

  • 渝昆高铁云南段开始铺轨

独家策划

推荐阅读
吴晓民(右一)团队在野外工作。藏羚羊曾广泛分布于高原全境,其漫长的演化史与复杂的种群波动,始终是全球动物保护与演化生物学领域关注的焦点。研究团队还通过生态位模拟,锁定了藏羚羊的生命庇护所——青藏高原北部的可可西里、羌塘高原等区域。
2026-03-19 10:11
通知明确,各城市群应优先选择具备条件的燃料电池汽车、绿色氨醇、氢基化工原料替代、氢冶金以及掺氢燃烧等应用场景开展试点,积极探索氢能创新应用场景,形成“1个燃料电池汽车通用场景+N个工业领域应用场景+X个创新应用场景”的氢能综合应用生态。通知要求,氢能综合应用试点以城市群为主体开展申报,城市群应立足自身资源条件,因地制宜、宜氢则氢,避免各场景一拥而上、低水平重复建设。
2026-03-19 10:10
2026中关村论坛年会将于3月25日至29日在北京举办。
2026-03-19 10:04
日前发布的《中国地热产业发展报告2025》显示,我国地热产业多元化利用格局正在形成。在地热供暖发展带动下,我国地热产业规模长期稳居世界第一。
2026-03-19 10:00
由于土豆块茎外形粗陋、埋于地下,又不见于《圣经》,一度被殖民者视为“魔鬼之根”或带毒之物。另一方面,随着城市扩张与人口增长,粮食压力加剧,土豆因高产、耐寒、适宜在小块土地种植而被人们重视。
2026-03-19 10:00
作者:刘琦 仇焕广(分别系中国人民大学助理教授,辽宁大学党委常委、副校长)  今年《政府工作报告》提出,“推进先进适用农机装备研发应用,打通农业科技推广‘最后一公里’”。
2026-03-19 09:59
为此,生态环境法典针对重点流域、重要生态单元设置专门规范,明确长江、黄河等重点区域一体化保护要求,建立协同机制。生态环境法典第三编第六章“生态退化的预防和治理”,整合水土保持法、防沙治沙法的有关规定,分为水土保持、防沙治沙两节。
2026-03-18 09:38
“‘两弹一星’不是孤立的科技突破,而是面向国家需求‘从0到1’的科技创新。本次活动由全国科学道德和学风建设宣讲教育领导小组主办,中国科协科学技术传播中心、安徽省科学技术协会、安徽农业大学、光明网联合承办。
2026-03-18 09:27
对于1型糖尿病患者而言,胰腺中那些负责分泌胰岛素、调节血糖的胰岛β细胞,被自身免疫系统错误地当成了“入侵者”,日复一日地遭受攻击,直至彻底损毁。这3个病例,分别代表中国乃至全球再生医学领域的3个“首次”——世界首例自体、中国首例异体、世界首例青少年再生胰岛移植治疗1型糖尿病。
2026-03-18 09:27
记者3月17日从国家能源局获悉,2026年1至2月,全社会用电量累计16546亿千瓦时,同比增长6.1%。从分产业用电看,第一产业用电量223亿千瓦时,同比增长7.4%;第二产业用电量10279亿千瓦时,同比增长6.3%,其中,工业用电量同比增长6.4%,高技术及装备制造业用电量同比增长10.6%;第三产业用电量3231亿千瓦时,同比增长8.3%,其中,充换电服务业、互联网数据服务业用电量增速分别达到55.1%、46.2%。
2026-03-18 09:26
当前,以家庭农场、农民合作社、龙头企业为代表的新型农业经营主体已成为“强农兴村”的中坚力量,发展成效显著。夯实联农带农长效机制,还需构建多层次、可落地的政策环境,让农业经营主体有动力、有能力、有底气带动小农户共同增收。
2026-03-18 09:26
在成都温江区,骑行爱好者李先生沿着北林绿道前行,穿梭在虫鸣鸟叫、淡淡花香之中。”  一幅幅充满生机的新春图景,正是成都加快建设践行新发展理念的公园城市示范区的生动注脚。
2026-03-18 09:26
分享几个故事,一起走进地球科学的世界。
2026-03-16 18:39
工业和信息化部、财政部、国家发展改革委日前印发《关于开展氢能综合应用试点工作的通知》。通知提出,通过城市群试点,将氢能应用场景由燃料电池汽车向交通、工业等具备条件的多元领域拓展。
2026-03-17 09:35
图为3月16日在北京航天飞行控制中心屏幕上拍摄的神舟二十一号乘组航天员工作的画面。据悉,张陆已累计进行6次舱外活动,成为目前在舱外执行任务次数最多的中国航天员之一。按计划,飞行任务期间还将实施航天员乘组出舱活动,持续开展相关科学实验与技术试验。
2026-03-17 09:35
OpenClaw类智能体出现有标志意义,但仍需从严把控安全风险,未雨绸缪引导科技发展向上、向善。
2026-03-17 09:34
近日,“今明两年或成历史最热年份”“地球或将迎超级厄尔尼诺现象”等相关话题冲上网络热搜,引发公众广泛关注。“总体来看,今年下半年赤道中东太平洋处于厄尔尼诺状态的可能性较大,但目前尚无法准确预测其具体形成时间和总体强度。
2026-03-17 09:34
水利部水文司司长刘志雨介绍,2015年9月,水利部和自然资源部按照“统一布局、分工协作、避免重复、信息共享”原则,联合启动实施国家地下水监测工程。未来十年,国家地下水监测站网将更加科学、全面、精准地守护国家水资源安全,为精打细算用好水资源,从严从细管好水资源提供坚实保障。
2026-03-17 09:34
该学院依托浙江大学建立,旨在积极推动全球发展倡议落地见效,切实破解全球发展进程中的瓶颈性难题,有效凝聚多方智慧与力量,推动各国共同发展。
2026-03-16 12:35
他们用郭守敬望远镜光谱数据锁定目标对象,结合盖亚空间望远镜的高精度天体测量数据拼出基本“轮廓”,再用EBHIS射电巡天数据勾勒出星团周围的气体环境。他还公布了星团中最亮恒星的精确坐标——赤经01:50:46.6和赤纬+56:25:25.8,供天文爱好者定位追踪。
2026-03-16 09:32
加载更多