歐洲的文藝復興與萬有引力定律

許榮

摘 要： 本文講述了萬有引力定律產生的背景，對比了中西方當時的文化，闡述了文藝復興在歐洲興起的原因，介紹了萬有引力定律產生的過程。

關鍵詞： 歐洲 文藝復興 萬有引力定律

一、歐洲的文藝復興

必修二第六章是《萬有引力與航天》，就我來說很喜歡這章內容，從小就看著神秘的天空，聽著宇宙飛船航行的故事，現在居然可以對其進行初步的研究，說實話內心是很自豪的。而這章內容以前在講授的時候往往注重理論及應用，對于期間蘊含的萬有引力定律產生的過程及歷史背景很多時候就忽略，可隨著閱讀研究的深入現在我認為不能忽略，而且值得一講，為什么這些重要的理論在中國沒有被發現？當時這些科學家又是怎樣思考問題的？我想這些都值得今天的我們借鑒和研究。

所以這章的學習有兩個重點：（1）萬有引力定律產生的歷史背景；（2）萬有引力定律的產生過程及應用。

十四世紀中葉歐洲的文化科技各方面都很落后，教會嚴格地控制著人們的思想，奧斯曼土耳其帝國的入侵，致使東羅馬帝國的人們不斷地逃亡意大利，帶去古希臘羅馬的文明，人們的思想開始由對神的崇拜轉向對人的關注，16世紀這場思想革命在歐洲盛行。而與此同時的中國正處在元末明初的動蕩時期，但明朝建立后中國在當時世界來說是很強大的，當年鄭和下西洋時帶了兩萬多人的隊伍楊帆遠航，史無前例，據說上個世紀50年代在南京出土了一根長11米的木桿，這根木桿是船上的哪個部分呢？鑒定結果讓人目瞪口呆，舵桿。也就是說光船的舵葉就有兩層樓高，所以我一直在想，為什么那個年代中國沒有這么一場深入的思想革命？當時的中國太強大了，太富足了。人民的日子過得還是蠻好的，比起元朝那不知道要好多少倍。而且盛行在中國的儒家文化使人們對科學這些所謂的旁門左道是不感興趣的。朱棣時期的黑衣宰相姚廣孝通儒、道、佛諸家之學，善詩文，精通陰陽術數，我想所謂的陰陽術數多指今天的天文學數學之類的，但那時的人們不感興趣，因為皇帝不感興趣，學了也不能做官，反而讓人覺得神神秘秘，不入流了。所以中國錯失了世界發展的關鍵時期，也是近現代中國落后的根源所在。這警示我們要跟上世界的步伐，暫時強大只能蒙蔽我們的雙眼，今后一定要為此買單。

接下來看看以文藝復興為背景的萬有引力定律發展過程，1543年哥白尼臨死之前發表《天體運行論》，提出日心說，而在此之前的1300年中人們都認為地球才是宇宙的中心，為什么地心說能統治人們的思想這么多年呢？

（1）星體繞著某一中心的勻角速運動，符合當時占主導思想的柏拉圖的假設，也適合于亞里士多德的物理學，易于被人們接受。

（2）用幾種圓周軌道不同的組合解釋、預言了行星的運動位置，解釋了行星的亮度變化，這與實際相差很小，相比以前的體系有所改進。

（3）地球不動的說法，對當時人們的生活是令人安慰的假設，也符合基督教信仰。

所以當哥白尼提出自己的學說時是很小心翼翼的，我想大家應該還記得小時候學過的一篇文章，講述布魯諾為了支持哥白尼的學說而被燒死的故事，由此可見當時的宗教勢力；哥白尼去世三年后丹麥的天才觀測家第谷出生了，第谷的一生充滿傳奇色彩。一生最大的成就之一，對星體出色而精確的觀察，達到用肉眼所能達到的最佳觀察效果，至今尚未有人在沒有望遠鏡的條件下進行更精確的觀察。托協密觀察的準確度達到十弧分，而第谷觀察的準確度達到二弧分，這大概是用肉眼觀察在理論上所能達到的極限。他制作的第谷·布拉赫的第二天文臺太陽運動陰比任何前人所作的都要精確得多，他斷定一年的長度誤差不到一秒鐘。

二、發現開普勒

而丹麥國王腓特烈二世為其建立的天文臺也只有第谷用過，此后再無人用過（因為伽利略的望遠鏡使這一切都顯得過時了），但開普勒根據第谷的觀測所提出的行星運行的三大定律，我想足以證明這座天文臺存在的意義，第谷之后再無第谷。

開普勒，一個德國青年，既對天文很感興趣在數學方面又很有造詣，我想這就是為什么第谷當年選擇他的原因，要知道開普勒當時并不知名，和聲名顯赫的第谷相比簡直可以忽略，用我們今天的話講就是要錢沒錢，要權沒權，甚至沒有什么家庭背景；但有時候看人真的很重要，如果不是開普勒16年的潛心鉆研，對老師所給數據的研究、堅持和信任，我想第谷的觀測最終會被歷史塵封，而其間隱藏的天體運動的秘密又不知道要過多久才能被發現。而我一直很佩服的是開普勒居然可以從那么多雜亂無章毫無頭緒的觀測中用自己非凡的數學才能總結出那么精煉的行星運動三定律，其數學功底可見一斑，也難怪第谷死后開普勒繼任為皇帝魯道夫二世的御用數學家，只是給他的俸祿只有第谷的一半，且常常拖欠，看來皇帝也是看人下菜。所以有時候我們在講歷史時很輕易地一句話帶過，實際上蘊含一些偶然和不確定性，以及當事人無比的智慧。

開普勒之后就是偉大的牛頓，開普勒不知道自己發現的三大定律蘊含了重要的“天機”，這個“天機”是什么呢？就是牛頓的萬有引力定律，據說這個故事從一個蘋果開始，蘋果很巧合地掉在了牛頓頭上（也有人說這是杜撰，誰知道呢），可是這個蘋果怎么會落到頭上呢？我覺得倒霉，可是牛頓不這么想，他在想這個蘋果為什么落到了我的頭上，是什么原因讓蘋果落了下來？于是一場人類歷史上著名的思考與推論開始了（也有人說這是胡克先發現的，并且和牛頓進行過長時間的交流與討論），牛頓認為地球拉住月亮的力與拉蘋果的力是一樣的，根據圓周運動的向心力公式、牛頓第三定律及開普勒第三定律，這種力和距離的平方成反比，和質量的乘積成正比，而且進行著名的月地檢驗，所以牛頓大膽地提出自己著名的萬有引力定律：自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的方向在它們的連線上，引力的大小與物體的質量乘積成正比、與它們之間距離的二次方成反比。想一想對于當時人們來說簡直太不可思議，作用于天體和作用于人間的力居然是一回事，那上帝到哪里去了？科學家就是科學家，想問題的方式和我們常人都不一樣，這個牛頓提出的萬有引力定律不客氣地說就是牛頓根據現有的知識連猜帶蒙的，也難怪馬克？吐溫曾滿懷激情地說：“科學真是迷人。根據零星的事實，添加一點猜想，竟能贏得那么多收獲。”而萬有引力定律是100多年后也就是1797年（萬有引力定律是1687年牛頓在《自然哲學的數學原理》一書中提出的）由卡文迪許真正證明出來的，這個理論是對的。牛頓，天才。以至于阿波羅8號從月球返航的途中，當地面控制中心問及“是誰在駕駛”的時候，指令長這樣回答：“我想現在是牛頓在駕駛。”這就是科學，也是為什么有那么多科學家為此前仆后繼，滿懷激情為此付諸一生的原因。

文藝復興，一個偉大的時代，造就了一批偉大的人，直至今天我們還在享受那個時代帶給我們的文明，我滿懷敬意與欽佩。

參考文獻：

[1]普通高中課程標準實驗教科書必修2.第三版.人民教育出版社，2010.

[2]當年明月《明朝那些事兒》第一版.中國友誼出版公司，2009.