整個宇宙都是萬有引力定律

和朋友分享：

地球引力是物體墜落的原因這一觀點並不新鮮：即使是古人，例如柏拉圖，也知道這一點。 但是如何衡量這個吸引力的強度呢？ 這種力量在地球上到處都是一樣的嗎？ ——自萬有引力定律的作者牛頓以來，這些問題一直困擾著科學家和哲學家。

當開普勒發現他的第三定律時，他發現自己處於這樣一種境地，他開始懷疑自己是否正確。 1619 年 開普勒 發表在他的著名著作《宇宙結構的和諧》中，部分回答了這些問題，並且非常接近於發現一個重要的規律。 但從他的考慮中，他無法得出一個完全合理的結論。 此外，開普勒將行星的運動歸因於一些相互引力，並準備接受“二次比例”定律（即效果與距離的平方成反比）。 但他很快就放棄了這個定律，並得出結論，重力與行星之間的距離成反比，而不是與它們之間距離的平方成反比。 開普勒沒有機會科學地證實他發現的與行星運動的機械基礎有關的定律。

牛頓在這方面的直接前輩是他的同胞——吉爾伯特，尤其是胡克。 1660年，吉爾伯特出版了一本名為《論磁鐵》的書。 在其中，吉爾伯特通過類比月球和地球之間的引力現象來描述磁性的特性。 吉爾伯特在死後發表的另一篇著作指出，月球和地球像兩個磁鐵一樣相互影響，這種影響與它們的質量成正比。 然而，牛頓在科學活動中的同時代和競爭對手是羅伯特胡克，他最接近科學真理。 1666 年 21 月 XNUMX 日，也就是在牛頓第一次深入研究天體力學奧秘之前不久，羅伯特·胡克發表了他的論文“墜落物體的重力相對於其距地心距離的變化”。 ” 他在倫敦皇家學會的一次會議上介紹了他的研究。 意識到他的初步研究結果並不令人滿意，胡克決定通過鐘擺振動來確定盜竊的力量。 這個想法是高智商的產物，科學效果也在這個規模上。 兩個月後，在同一次會議上的另一次演講中，胡克建議將行星保持在軌道上的力必須類似於導致鐘擺擺動的力。 很久以後，當牛頓準備發表他偉大的科學著作時，胡克獨立地提出了“控制行星運動的力必須與距離有某種關係”的想法，並描述了“宇宙”的整體圖景。運動定律”。 但這就是天才和天才的區別。 胡克的結論還處於萌芽狀態，他沒有機會將自己的想法和假設進行到底。 牛頓是這一偉大發現的作者。

艾薩克·牛頓 (1642-1726) 出生於林肯郡的伍爾索普。 他的父親在牛頓出生前就去世了。 消息人士稱，她的母親因丈夫的死而受到創傷，早產並早產了牛頓。 早產的牛頓在嬰兒時期非常小而且虛弱。 儘管如此，牛頓還是過著健康長壽的生活，只是偶爾患上短期疾病。 根據他們的經濟地位，牛頓家族屬於中產階級，從事農業。 艾薩克到了十幾歲的時候，就被送到了小學。 12 歲時，牛頓開始在 Ganteme 的一所公立學校上學。 求學期間，他在當地藥劑師克拉克的家中生活了 6 年，正是在那裡，牛頓開始對化學產生興趣。 1660 年 5 月 18 日，當牛頓還不滿 1665 歲時，他被三一學院錄取。 當時，劍橋大學是歐洲最負盛名的科學中心之一，語言學和數學教學同樣高度發達。 牛頓專注於數學。 但與此同時，XNUMX年，他獲得了美術（語言學）學士學位。

他的第一項科學研究與光的研究有關。 這位科學家證明，借助棱鏡可以顯示白色。 觀察光在薄膜中的折射現象，他觀察到一種稱為“牛頓環”的衍射圖案。

1666年，劍橋爆發了一場流行病。 疫情被廣泛認為是一場瘟疫，社會動盪和恐慌在民眾中蔓延，牛頓被迫暫時返回家鄉伍爾索普村。 他生活在農村，沒有任何文學和工具，幾乎是世俗的。 24歲的牛頓此時完全沉浸在哲學和邏輯思維的海洋中。 他花了很多時間對宇宙、宇宙、地球、時間和心靈的奧秘進行哲學觀察。 這種思想和反思的最偉大產物——他最偉大的發現——是發現了萬有引力定律。

那是一個夏日。 牛頓喜歡坐在花園裡，在戶外思考。 就在那時，一個眾所周知的著名事件，在學校物理課上眾所周知，當一個成熟的蘋果從樂隊中脫落時，落在了艾薩克牛頓的頭上。 為這個想法插上翅膀的蘋果樹多年來一直作為牛頓家族的驕傲象征代代相傳，並作為一種價值被保存下來。 當時鐘到了它的時間並乾涸時，它被砍掉了，一個椅子形式的歷史紀念碑是用它的木頭製成的。

牛頓長期以來一直在思考物體落到地上的過程規律，而落在他頭上的蘋果促使他對這個想法進行了更深入的思考。 由於這種現象，他問自己一個新問題：地球上任何地方的物體墜落都一樣嗎？ 也就是說，是否可以確認，在高山和深礦中，屍體以相同的速度下落到地面？

但是，牛頓是通過什麼方式發現了這個受到蘋果墜落刺激的基本定律呢？

在牛頓多年後寫的一篇思想中，他從開普勒著名的定律中推導出了萬有引力定律的數學表達公式。 此外，在這方面，牛頓的科學研究的有效性，他親自在光學領域進行的“光功率”或“照度水平”方向的研究獲得了重要性。 表示“光度”或“照度”的物理定律的數學公式與萬有引力定律的公式非常相似。 簡單的幾何概念和直接的經驗表明，例如，如果我們將一張暴露在蠟燭光下的紙移動兩倍的距離，那張紙表面的照度水平不會增加一倍，而是完全. rt 減少了 XNUMX 倍，如果我們移開 XNUMX 次，照度會減少 XNUMX 倍，並且按照這個順序繼續減少。 這就是牛頓所說的“二次比例”定律，它簡單地說光的功率與距離的平方成反比。 牛頓支持萬有引力理論的這一定律，該理論仍處於假設狀態。 他假設如果月球對地球的吸引力導致天然衛星圍繞地球旋轉，那麼行星圍繞太陽的運動應該是由類似的力引起的。 但他並沒有把自己局限於假設，而是開始把它們的數學表達式和物理定律寫成一本書。 經過幾十年的計算，才得出著名的“萬有引力定律”。 值得注意的是，如果沒有牛頓強大的數學方法，這種微積分不可能完善這一重要的物理定律，這種方法在他的時代是新的，現在被稱為微積分和積分，對他來說可能仍然以假設的形式存在。走了。 公平地說，承認羅伯特胡克的服務是允許的。 也就是熟悉牛頓科學結論的縝密的胡克向他解釋說，落體不僅要偏向東方，還要偏向東南方。 實踐經驗證實了胡克的觀點。 胡克還糾正了牛頓的另一個錯誤：牛頓認為，由於圍繞地核的旋轉運動，下落物體的軌跡會畫出一條螺旋線。 另一方面，胡克說螺旋線只有在考慮空氣阻力的情況下才會形成，而在空間中它是橢圓形的，也就是說，如果這個下落是在實際運動的方向上，我們可以從在地球之外。說是允許的。

檢查胡克的建議，牛頓發現以足夠速度拋出的物體在地球引力的影響下同時形成橢圓軌跡。 被這個推理所迷惑，牛頓發現了著名的定理：物體在類似於地球引力的力的影響下，總是畫出一些圓錐曲線（橢圓、雙曲線、拋物線，在特殊情況下是圓和直線）。線）。。 此外，牛頓確定了作用在運動物體上的重力中心，即所有重力的集中中心，位於所考慮曲線的焦點處。 也就是說，太陽的中心位於橢圓的共同焦點上，橢圓是由行星的軌道繪製的曲線。

得到這樣的結果後，牛頓意識到他在理論上再現了開普勒定律之一，即行星的軌道在太空中畫出一個橢圓，太陽的中心是這個橢圓的焦點。 但是這種理論和觀察的匹配使牛頓很滿意。 他想確定，根據這個理論，是否可以計算出行星軌道的要素，即是否可以確定行星運動的所有細節。 起初，他並不走運。

約翰康杜特寫道： “1666 年，他再次從劍橋到林肯郡去探望他的母親……當他再次坐在那個果園裡冥想時，他突然想到，導致蘋果掉到地上的力量並不僅限於距離地面，但它會在比想像的更遠的距離保持其效果的想法已經出現。 為什麼這種力（迫使蘋果掉到地上）的效果不能到達例如月球？ 牛頓問自己。 如果是這樣，它一定是影響月球運動並將其保持在軌道上的力量。 基於這個想法，他開始計算這種效果的價值。 他沒有計算所需的文獻，這清楚地說明了地球的尺寸。 正因為如此，Afkor 以諾伍德的大地測量值為基礎工作，該測量值被廣泛認為是地球表面每緯度 60 英里。 計算結果與理論觀點不符，不得不滿足於假設除了盜竊力外，還有一些其他的累積力作用於月球……»

對橢圓運動定律的研究是推動牛頓研究的一個因素。 但是，牛頓仍然不斷假設理論中忽略了某些因素或錯誤來源。 直到計算結果與觀察結果一致之前，牛頓的內部疑慮仍然存在。 直到 1682 年，牛頓才能夠使用法國科學家皮卡德記錄的更準確的地球子午線長度值。 知道了子午線的長度後，這位科學家計算出了地球的直徑，並在計算中取得了新的成果。 這位科學家喜出望外，他之前的所有科學觀點都得到了明確的證實。 使蘋果落到地上的力與控制月球運動的力是一樣的。

這一結果為牛頓慶祝了一項偉大的基本物理定律的發現，這是他多年深入的科學假設和計算的結果。 這位科學家的賬簿證明是準確的。 假設得到證實。 最後，他現在堅信他對宇宙結構的科學觀察是真實的。 月球和行星的運動規律，甚至被認為是在太空中游蕩的彗星，對他來說已經完全清楚了。 科學地分析和預測太陽系中所有天體、太陽本身，甚至恆星和恆星系統的運動成為可能。

1683 年底，牛頓以一系列關於行星運動的定理的形式向英國皇家學會提出了他的宇宙運動定律學說。

這個想法非常巧妙，以至於沒有人願意分享隨之而來的名聲和聲望，沒有人想佔有它，也沒有人嫉妒。 因為了解這個教義精髓的人很少。 毫無疑問，在牛頓之前，幾位英國科學家已經接近解決這個問題。 但理解一個問題的難度並不意味著知道如何解決它。 讓我們熟悉其中一些結論：

著名建築師克里斯托弗·雷恩（Christopher Wren）通過追趕太陽（或落入太陽）的過程來解釋行星的運動，並將其評估為一些初始運動的結果。 天文學家哈雷認為開普勒定律中的力與距離的平方成反比，但他無法證明這一點。 胡克向皇家學會的成員保證，“基金會”中提出的所有想法都已向他們提出了一百次，他們沒有更早地得到認可是一個很大的錯誤。 而惠更斯則完全而堅決地否定了一般粒子與物體相互吸引的觀點，他說只有物體的組成粒子才能相互吸引。 然而，萊布尼茨認為，將旅行者從直線運動中轉移並沿圓周方向移動的力只能是填充宇宙的某種空靈塊狀流體的作用。 伯努利和卡西尼強烈同意這個想法。

但慢慢地，所有的噪音都平息了。 這一重大發現已在所有科學界得到實際證實。 這位科學家對科學的貢獻得到了認可。 牛頓——作為揭示宇宙運動奧秘的偉大天才，在人類歷史上留下了不可磨滅的印記……

軌道網