宇宙之问万有引力是如何发现的?
艾萨克·牛顿(1643—1727),万有引力的发现者,他是一位英格兰物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家和炼金术士。
艾萨克·牛顿
1666年,牛顿从苹果落地的现象得到启发,发现了万有引力,并编入1687年出版的《自然哲学的数学原理》的一书中,牛顿认为引力存在于任何两个可以视为质点的物体之间,并且引力的大小与两物体质量的乘积成正比,同时与两质点间距离的平方构成反比关系。
在万有引力发现的背后,有一个广为流传的故事。事情发生在1666年,牛顿在自己的故乡躲避瘟疫,在这段时间里,他一直在思索着:是什么力量驱使着月球围绕着地球旋转,地球围绕着太阳旋转?
在一个偶然的机会下,牛顿找到了这个问题的答案。这天,天气爽朗,牛顿坐在姐姐的果园里,也不知道在想什么,突然间,树上掉下了一个苹果,砸在牛顿的脑袋上,这个事件激发了牛顿的灵感,并产生了另外一个疑问:是什么原因使苹果从树上掉落在地面上?
牛顿开始大胆猜测,苹果之所以会落到地面上,必定是受到某种力的作用,然而这种神秘的力是什么呢?
牛顿把这种神秘的力称为引力,由于地球对苹果有吸引作用,这种神秘的吸引力使苹果拥有重力,正是由于重力作用,苹果才从树上落到了地面。
他指出,重力的作用是由引力而引起的,但这两种力的作用方向是不同的,引力的作用方向是指向地心的,但重力的作用方向是竖直向下的。
牛顿把引力和重力的概念区分开来以后,把引力推广到宇宙中,他认为,苹果与地面之间的牵引作用与月球和地球之间,以及地球与太阳之间的牵引作用是相同性质的,它存在于任何两个可以视为质点的物体之间,是一种万有的作用力,因此,牛顿把引力称为万有引力。
就这样,牛顿解决了思考已久的疑惑。月球是因为受到地球的引力才围绕地球旋转,而地球是受到太阳引力才围绕太阳旋转。
牛顿还认为引力不管距离有多远,都不会消失,即使在宇宙的边缘,尽管引力被周围的物体所掩盖,那里的物体也会受到引力的影响,也就是说引力不管多么遥远,多么微弱,它都是存在的,并且遍布整个宇宙。
万有引力发现以后,牛顿开始推算物体间的引力规律,他发现引力随着距离平方的增大而减少,引力的大小与两物体质量的大小存在一定关系,两物体的质量越大,它们之间的引力作用就越强。其关系式为:
F Mm/r^2
为了使这个关系式成立,牛顿设想了引力常数G,并建立起了恒等式。万有引力的最终表达式如下:
F=GMm/r^2
万有引力的大小与两物体质量的乘积成正比,同时与两质点间距离的平方构成反比。
参考资料:
1.《自然哲学的数学原理》艾萨克·牛顿
2.《宇宙密码》赵宁
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