牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力的故事

是蘋果落地導(dǎo)致牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力嗎



美國哈佛大學(xué)科技史教授柯亨不久前撰文，對蘋果落地的故事表示懷疑?？潞嘁C史料，說明牛頓走向萬有引力理論的重大一步是在1679年末到1680年初。1679年11月24曰，胡克寫信給牛頓，向他介紹一種分析曲線運(yùn)動的新方法。胡克聰明地看到，物體沿曲線軌道的運(yùn)動有兩個分量，一個是慣性分量，一個是向心分量。慣性分51量勢必沿曲線的切線方向作直線運(yùn)動，而向心分量則總是拉物體偏離慣性的直線軌道。月球運(yùn)動的穩(wěn)定軌道就是這兩個分量互相匹配，使得月球既不會沿切線方向跑掉，又不會螺旋式地接近地球。笛卡兒認(rèn)為物體作曲線運(yùn)動只是運(yùn)動物體企圖逃離中心的力造成的，但實(shí)際上沒有這樣的力存在。胡克信中請牛頓對這個假設(shè)提出意見或評論。這個假設(shè)顯然是牛頓后來把曲線運(yùn)動分解為一個慣性分量和一個向心分量這種想法的入門。因為在此之前，牛頓還常常用笛卡兒的離心力來描述運(yùn)動。胡克在信中還大膽提出，將行星吸向太陽的向心力大小，與兩星之間的距離平方成反比。由于胡克缺乏牛頓的數(shù)學(xué)才能，因此他不能再往前進(jìn)，不能由直覺的預(yù)感與猜想，飛躍到嚴(yán)格的科學(xué)結(jié)論。



11月28曰，牛頓回信說，在未讀胡克的來信之前，他沒有“聽到過您的把行星的天體運(yùn)動看作沿曲線切線方向的直線運(yùn)動”以及被“吸引”向太陽的運(yùn)動兩者“所合成之假說”。隨之牛頓立即把自己的研究課題換成：地球自轉(zhuǎn)對自由落體的影響。但是他卻不正確地描繪了自由落體物體的路徑是一條螺線。胡克發(fā)現(xiàn)了牛頓的錯誤，在12月9曰的信中指出，自由落體物體的路徑“將類似一個橢圓”。12月13曰牛頓謹(jǐn)慎地答復(fù)了胡克對他的指正，但并沒有對胡克提出的行星運(yùn)動是“圓周運(yùn)動”的分析發(fā)表什么意見。胡克并不灰心，在1680年1月6曰的信中重述了向心吸引力與距離平方成反比的定量的假設(shè)，而且說明他的這種分析“十分清楚而正確地說明了天象”。牛頓仍未作答復(fù)。1月17曰胡克發(fā)了一封簡短的補(bǔ)充函件，請牛頓找出：一個中心引力使物體偏離它的慣性軌道作曲線運(yùn)動，當(dāng)力與距離平方成反比時，曲線是怎樣的，它的性質(zhì)及造成的原因是什么？



牛頓幾乎就是按照胡克的思路去做的。但他一直沒有把證明的結(jié)果告訴胡克或任何人。直至1684年8月，著名天文學(xué)家哈雷來訪，說起他和雷恩都不能解決行星運(yùn)動這個問題，胡克雖聲稱他已解出，卻拿不出一個公式。牛頓聽了以后，馬上回答：“是橢圓?！惫讍査趺粗赖模ｎD回答：“我算出來的?！苯?jīng)哈雷敦促，牛頓為皇家學(xué)會寫了《論運(yùn)動》，詳細(xì)談了他的計算過程。



應(yīng)該說，牛頓在其大約是1684年11月寫成的《論運(yùn)動》的初稿中，還未建立萬有引力這一概念。這時，牛頓還沒有領(lǐng)悟太陽吸引每個行星，每個行星還要吸引太陽，而且行星間也互為吸引。不久，牛頓發(fā)覺了反作用定律的重要意義，1684年12月在他完成的《論運(yùn)動》的修改稿中已用相互作用來描述行星運(yùn)動。1685年春季，牛頓全力以赴地完成了《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》初稿，才完整地得出一切物體以萬有引力互相作用的理論。在牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力以后，胡克聲明是他向牛頓建議采用了“與距離平方成反比的萬有引力定律”。很多歷史學(xué)家也同意胡克的看法。



牛頓說過他是站在巨人的肩膀上才發(fā)現(xiàn)萬有引力的，但牛頓畢竟比巨人們看得更遠(yuǎn)。胡克只提出了行星與太陽的關(guān)系問題，而牛頓提出的萬有引力定律適用于宇宙間一切物體。這一質(zhì)的飛躍是胡克的學(xué)識所難以達(dá)到的。后來，牛頓卻想否認(rèn)胡克曾給予他以提示。他于1717年編撰了一段蘋果落地的故事，把他對萬有引力定律的研究提早20年，變成了17世紀(jì)60年代的事。不過這個故事牛頓從來沒有發(fā)表過，只把它寫在一封給法國作家皮埃爾·德·梅佐的信的草稿內(nèi)，而且又把它勾去。但是后人卻將這個故事傳開來。