淺談萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)歷程

熊偉

摘 要：萬有引力定律是中學(xué)物理學(xué)習的重點，萬有引力對于整個物理學(xué)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)，促進了物理學(xué)的發(fā)展。萬有引力的發(fā)展并不簡單的是一個“蘋果”的功勞，而是牛頓經(jīng)過長期的學(xué)習和研究中得出的結(jié)論。本文就萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)歷程進行分析。

關(guān)鍵詞：萬有引力定律；發(fā)現(xiàn)歷程；牛頓

萬有引力定律是高中物理必學(xué)的一大定律，其提出者是牛頓，我們也很熟悉。萬有引力定律在物理學(xué)中占據(jù)著很重要的地位，其一方面為物理學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，另一方面也在很大程度上促進了物理學(xué)的發(fā)展。提到萬有引力定律，大部分人都認為是牛頓的功勞，但有一點需要明確的就是，牛頓之所以能提出萬有引力定律，不是因為他憑空的猜想，是牛頓在學(xué)習和借鑒了許多前人的研究和發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上而提出來的。因此，萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程是一個不斷學(xué)習和創(chuàng)造的過程。下面筆者就簡單探討一下萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)。

一、前人的研究成果對牛頓的啟示

（一）亞里士多德的運動學(xué)對牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的啟發(fā)

亞里士多德是古希臘歷史上著名的哲學(xué)家，其學(xué)說對物理學(xué)的發(fā)展起到了很大的促進作用。亞里士多德的某些觀點與牛頓的第一定律是有些相似之處的，但也有很大的不同。亞里士多德認為物體的下落運動與其他運動是不能相提并論的，下落運動屬于自然運動，而其他的運動則屬于受迫運動，因此要分開來研究。雖然其觀點在現(xiàn)在看來有點不恰當，但畢竟是第一次發(fā)現(xiàn)了物體下落運動的特殊性。亞里士多的觀點在當時是被廣泛認可的，所以牛頓肯定也對亞里士多德的觀點進行了研究和學(xué)習，為其萬有引力定律的提出奠定了一定的基礎(chǔ)。

（二）哥白尼學(xué)說對牛頓的啟示

哥白尼的學(xué)說也在一定程度上啟發(fā)了牛頓。其日心說對亞里士多德的“自然位置說”提出了質(zhì)疑，認為宇宙的中心不是地球，而是太陽。除此之外，哥白尼還在學(xué)習了達芬奇的觀點之后提出重力屬于自然傾向的說法。哥白尼認為重力可以使地球、月亮和太陽來維持其本身的形狀和運行，并由此提出了哥白尼自己的萬有引力定律。與亞里士多德的觀點相比，哥白尼的學(xué)說雖然也存在一定的形而上學(xué)思想，但有了很大的進步。哥白尼的觀點在牛頓理解萬有引力的真正含義方面起到了促進和借鑒作用。

（三）威廉·吉爾伯特對牛頓的啟示

威廉·吉爾伯特是英國的物理學(xué)家，其主要學(xué)說是電磁學(xué)說。威廉·吉爾伯特認為地球?qū)ξ矬w的吸引就猶如磁鐵對鐵制品的吸引，認為地球具有與磁鐵相似的性質(zhì)。威廉·吉爾伯特的學(xué)說得到了開普勒的認同，也為牛頓的萬有引力定律提供了主要的研究方向。

（四）其他學(xué)者對牛頓的啟發(fā)

世界上所有的學(xué)科都是相互聯(lián)系的，因此，牛頓在提出萬有引力定律的過程中，除了受到了物理學(xué)家的啟發(fā)，在其他學(xué)科，例如數(shù)學(xué)、力學(xué)和天文學(xué)等也進行了一定的研究和借鑒。因此，其他學(xué)科里的一些科學(xué)家也在一定程度上啟發(fā)了牛頓。

二、蘋果的故事

說起萬有引力的發(fā)現(xiàn)歷程，人們總會想起牛頓在樹下沉思時被蘋果砸中的故事。但是，萬有引力的發(fā)現(xiàn)并不是一蹴而就的，而是一個漫長的過程，僅僅靠一個蘋果并不足以完全激發(fā)牛頓對萬有引力的思考和想法。從目前牛頓留存下來的手稿、著作。論文來看，并沒有任何證據(jù)證實這個故事的真實性，唯一確定的是，牛頓在鄉(xiāng)下居住的時期里進行了萬有引力的一些研究。

三、牛頓研究和發(fā)現(xiàn)萬有引力的過程

（一）早期牛頓對萬有引力定律的研究

牛頓對于萬有引力定律的早期研究應(yīng)該從其大學(xué)時開始。牛頓在大學(xué)期間一直致力于研究和學(xué)習物理學(xué)和力學(xué)。剛開始的時候，牛頓首先學(xué)習了亞里士多德的局部運動理論，隨后又學(xué)習了笛卡爾和伽利略的書籍文獻，并在其影響下開始研究動力學(xué)的內(nèi)容。牛頓在鄉(xiāng)下居住的期間不僅定義了大部分物理學(xué)中基礎(chǔ)的概念，如速度，還尤其對力的概念進行了更加深入和詳細的說明，并由此推導(dǎo)出了離心力的公式。

（二）牛頓對天體引力問題的研究

自1666年之后的數(shù)年時間，牛頓停止了對力學(xué)的研究而開始研究數(shù)學(xué)并創(chuàng)立了微積分學(xué)說。微積分的出現(xiàn)完美地幫助牛頓解決了一些物理學(xué)上的難題。1679年到1680年的兩年時間內(nèi)，牛頓通過與胡可探討地球上的物體降落的路徑，得出了軌道為橢圓的物體在運動過程中會受到一個指向焦點方向的力，力的大小與到焦點的距離成反比。

（三）《原理》誕生

在《原理》出版之前，牛頓利用將近九個月的時間完成了《輪物體的運動》的編寫。牛頓首次在此著作中對萬有引力的主要思想進行了詳細的說明，并且還繪出了人造衛(wèi)星的發(fā)射原理圖，解釋了行星運動與拋體運動的異同點。最終于1687年，牛頓出版了《原理》一書，書中詳細說明了萬有引力定律的內(nèi)容和推導(dǎo)過程。

四、結(jié)語

總而言之，經(jīng)過上述對萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程的研究，可明確的就是，萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)并不是僅僅靠一個蘋果，而是需要很長一段時間的學(xué)習和鉆研，以及前人的寶貴經(jīng)驗和研究成果。這也提示我們在搞科研的過程中，要認真仔細、堅持不懈，還要善于借鑒其他人的觀點，爭取將科研做到最好。

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