科海探奇：探寻牛顿万有引力定律

每当晴朗的夜晚，那镶嵌着点点繁星的苍茫天空，总会引起人们的无限遐想。那些眨着眼睛的大大小小的星星和明媚的月亮为什么老是悬在天空上，不掉下来呢？它们都在天空中不停地转动，为什么不会相撞呢？300多年前，英国著名的科学家牛顿发现了万有引力定律，揭开了自古以来就令人神往的谜底。说起万有引力，许多人都会想到那个流传得十分广泛的苹果落地的故事。据说，这个故事最早是由法国著名学者伏尔泰从牛顿的侄女那儿听来的。

一天午饭后，牛顿和他的朋友史特克莱到花园去散步，他走到一棵苹果树旁，坐下休息。忽然，一只大苹果从树下掉下，正打在牛顿的脑袋上。这不算很轻的一击，使牛顿一愣，他盯着滚落在一旁地上的苹果。好一会儿不吱声。是给苹果打蒙了吗？不！他是陷入了沉思。牛顿对科学十分“痴情”，脑子经常在思考各种各样的问题，一旦脑海里闪现某个灵感或疑问，就会忘了周围的世界。比如，早晨起床时，由于突然想起一个研究中的数学问题，他刚刚穿上一只衣袖就会呆呆地坐在床边深深地思考起来，一坐就是一两个钟头，直到仆人进来催他吃饭，他才回过神来，继续穿衣服。此时，牛顿也正是进入了这样痴迷状态。他想：周围有那么空旷的空间，苹果为什么不掉向两旁，甚至飞向天空，偏偏垂直地落向地面？为什么往上抛的物体，仍都掉落下来？这大概是地球具有某种吸力，把所有的东西都引向地球吧；而且地球吸引力的总和一定在地球的中心，所以苹果和其他东西才都垂直下落，朝着地心落……时间已过去了好一会，在史特克莱的催促下，牛顿才收回凝视的目光，起身慢慢地往回走。

回到实验室后，牛顿的思索并没有停止，他细细地研究着这个一直萦绕在他心头的问题。他的思路在继续驰骋：苹果在地球引力的作用下，可以从几米高的树上落下来，那也一定可从更高的树上往下掉。如果苹果树枝一直伸到月亮那么高呢？那么月亮不就像是个大苹果吗？那它一定也会受到地球的吸引力口罗！但是，这又产生另一个问题：既然地球吸引着月亮，那为什么它不像地球上的物体都落向地面那样落向地球呢？

牛顿对这个问题想得更深、更远了，他联想到小时候和同伴们的投掷游戏。孩子们的绳子的一端系上一块石头，然后以手为中心抡起绳索与地面垂直旋转，转着转着手一松，石头就拖着绳子飞到很远的地方。他们还常把盛着牛奶的小桶，用手臂抡着转圈，即使转到头顶上，桶里的牛奶一滴也不洒出来。是什么力量使那块石块和牛奶不落下来呢？对了，这一定和快速转动有关。显然，这里有两种互相对抗的力相平衡，一个是往里拉的力，另一个是向外跑的力。这种向外跑的力必是由于物体具有沿切线方向的运动速度而产生的。这样，天体运行的规律问题，不就可以得到说明了吗？如果我们把月亮看作系在绳子上的石块，地球就像拉着绳子的手，而地球对月亮的引力，就好比那无形的绳子。月亮沿圆形轨道绕地球旋转，使它避免落向地球；而地球对月亮的引力，使它不能离地球远去，只能永远绕着地球转下去。牛顿又进一步推想到：各个行星之所以围绕着太阳运转，也一定是太阳对它们的吸引作用的缘故。看来，宇宙中的一切物体之间，都存在着一种相互吸引的作用力，他把这种相互吸引的力取名为“万有引力”。这时，牛顿才24岁，但他并不急于发表自己的见解，他还要进行大量具体的计算，以得出精确的数学表达式和严格的证明。通过严密的数字论证，牛顿终于得出：两个物体间万有引力的大小，和这两个物体质量的乘积成正比，和它们间的距离的平方成反比。也就是说，两个物体越大，距离越近，引力就越大。(www.xing528.com)

牛顿完成了他关于万有引力的论文后，怕引起不必要的争执，就把它锁在箱子里了。直到1687年，他45岁的时候，在哈雷等朋友的鼓励下，才整理出版了《自然哲学的数学原理》这部震惊世界的科学巨著。在这部汇集他研究成果的书里，牛顿系统地表述了经典力学的基本概念和原则，从万有引力定律出发，探讨了太阳系行星、卫星、彗星的运动理论，解释了潮汐现象等一系列长期困扰人们的难题。牛顿的卓越贡献使人类对宇宙的认识有了巨大的飞跃。动用他的理论，人们正确地认识到地球的形状，是一个扁球体，并能精确地计算和预测星体运行的轨道，太阳系的海王星就是运用牛顿天体力学理论计算而发现的。

科学道理

万有引力的思想决不是牛顿偶然想到的。那个苹果由于重力而落下，而牛顿的头脑里长期思考着天体运动之谜，于是这只不起眼的苹果才触发了划时代的思想火花。