時(shí)代的英雄——牛頓

筱妖

在牛頓之前，伽利略已經(jīng)開創(chuàng)了新的科學(xué)方法，打開了新世界的大門，為新的理論產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。隨著伽利略的去世，一個(gè)不同于以往的時(shí)代隨之結(jié)束，但物理學(xué)的革命遠(yuǎn)未完成。

說(shuō)到牛頓，最令人印象深刻的大概就是上面的那句名言以及牛頓被蘋果砸中而悟出萬(wàn)有引力的故事了。關(guān)于牛頓的傳說(shuō)，有的可能只是故事中的影像，但這并不影響他帶來(lái)了物理學(xué)的一個(gè)新時(shí)代這一事實(shí)。

牛頓的童年其實(shí)是非常孤單的，他的父親在他出生前就去世了，他的母親帶著他改嫁后沒(méi)多久，他的繼父也去世了。牛頓的母親想要他繼承農(nóng)場(chǎng)，牛頓沒(méi)有選擇地離開了學(xué)校返回農(nóng)場(chǎng)干活，但顯然他沒(méi)有干農(nóng)活的才干。與此相反的是，因?yàn)樗凶銐虻暮闷嫘模偸悄茏プ∫磺袡C(jī)會(huì)去看書。他的一位叔叔看見(jiàn)牛頓如此刻苦，便把他送到了劍橋大學(xué)去讀書。

少年時(shí)期的牛頓并不是神童，在學(xué)校也沒(méi)有顯示出過(guò)人的才能。牛頓特別喜歡一些關(guān)于

簡(jiǎn)單機(jī)械模型制作的讀物，并同樣學(xué)著做一些小玩意兒，如風(fēng)車、木鐘等。牛頓在劍橋大學(xué)三一學(xué)院學(xué)習(xí)的時(shí)候，那里的老師教學(xué)都是基于亞里士多德的學(xué)說(shuō)，但牛頓更為喜歡哥白尼、開普勒、伽利略這些人的先進(jìn)思想，他對(duì)一切自然現(xiàn)象都保持著濃厚的好奇心。

1665年，倫敦爆發(fā)了一場(chǎng)大瘟疫，牛頓只好再次返回農(nóng)場(chǎng)，在那里，他度了長(zhǎng)達(dá)18個(gè)月的假期。正是這次長(zhǎng)假，讓他有時(shí)間好好整理了自己的一些想法。在這段時(shí)間里，他為發(fā)明微積分打下了基礎(chǔ)。微積分是一種數(shù)學(xué)計(jì)算方法，能夠應(yīng)付更為復(fù)雜的方程式。同樣是在這個(gè)時(shí)候，發(fā)生了那個(gè)廣為人知的故事——蘋果掉下來(lái)砸中牛頓從而讓他悟出萬(wàn)有引力的存在。其實(shí)真實(shí)的情況并不是牛頓被落下來(lái)的蘋果砸中了頭，是他注意到一個(gè)蘋果落到了地面上，這件事令他陷入了思考：為什么蘋果是往下掉的？把蘋果拉到地面上的力跟令月亮圍繞地球運(yùn)行的力是不是同一個(gè)力？他的這個(gè)想法，跟亞里士多德的觀點(diǎn)完全相反，因?yàn)閬喞锸慷嗟聢?jiān)持認(rèn)為：在地上運(yùn)行的物體和天上運(yùn)行的天體是完全不同的體系。但牛頓認(rèn)為，他所看到的蘋果落地和月亮遵照的某種運(yùn)行方式都是一樣的自然規(guī)律，那么，這應(yīng)該就是一套普遍適用于全宇宙的定律。

牛頓再次回到劍橋的時(shí)候，身份已變成了數(shù)學(xué)教授，幸運(yùn)的是他所在的那個(gè)時(shí)代已不像哥白尼或伽利略那樣，發(fā)表自己的觀點(diǎn)還要擔(dān)心遭到教會(huì)的迫害。經(jīng)過(guò)了文藝復(fù)興的熏陶，科學(xué)在當(dāng)時(shí)已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注，并且四處都充滿了各種交流和辯論，學(xué)術(shù)風(fēng)氣相對(duì)來(lái)說(shuō)自由了很多。

行星為什么以橢圓軌道運(yùn)行？開普勒的這個(gè)問(wèn)題讓當(dāng)時(shí)的科學(xué)家們苦思冥想而不得解。

這個(gè)問(wèn)題吸引了當(dāng)時(shí)最為優(yōu)秀的科學(xué)家們的關(guān)注，但是仍然沒(méi)有人能夠解開這個(gè)橢圓軌道的奧秘。皇家學(xué)會(huì)會(huì)貝哈雷也向牛頓提出了這個(gè)問(wèn)題，當(dāng)時(shí)牛頓已經(jīng)開始思考蘋果和月亮跟地球的吸引力的關(guān)系了。牛頓用微積分證明了開普勒定律中太陽(yáng)對(duì)行星的作用力是吸引力，他還通過(guò)了大量實(shí)驗(yàn)，證明了任何兩個(gè)物體之間都存在著吸引力，并由此總結(jié)出了萬(wàn)有引力定律。牛頓花了18個(gè)月的時(shí)間寫出了一部偉大的著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，在這本書中總結(jié)出了三大定律。我們也可以說(shuō)牛頓的研究是真的站在“巨人”的肩膀上完成的，因?yàn)樗冀K沿著哥白尼、開普勒和伽利略的腳步前行。

牛頓以《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中的三個(gè)定律為基礎(chǔ)，去計(jì)算了地球與月亮之間存在的引力，并且他還認(rèn)為，這一引力定律可以適用于整個(gè)宇宙，以此能很好地解釋開普勒定律。

有意思的是，牛頓證明了地球就是不同部分的吸力合在一起的結(jié)果，才會(huì)使它成為一個(gè)球形。同時(shí)由于地球自轉(zhuǎn)，總會(huì)有另外一個(gè)力去影響地球的形狀，因此他預(yù)言地球在赤道的位置會(huì)有突出，就是說(shuō)地球不會(huì)是一個(gè)完美的圓形，而是受引力的影響，形狀會(huì)略有點(diǎn)橢圓。他還計(jì)算出了突出的大小，可惜由于當(dāng)時(shí)地圖的制作有問(wèn)題，他的這一觀點(diǎn)并沒(méi)有得到驗(yàn)證，這令他感到很失望，以為是自己的失誤，但其實(shí)他沒(méi)有錯(cuò)，地球的形狀正是橢圓而非完整的圓形，他所得出的數(shù)據(jù)也能精確到百分之一。

除此之外，牛頓還有一個(gè)令人震驚的預(yù)言，他認(rèn)為彗星也按照一個(gè)橢圓軌道圍繞太陽(yáng)運(yùn)行，只是彗星的軌道更扁更長(zhǎng)。他的這個(gè)預(yù)言后來(lái)也得到了證明。

牛頓的萬(wàn)有引力學(xué)說(shuō)可以說(shuō)解決了關(guān)于宇宙的很多問(wèn)題，更使得當(dāng)時(shí)人們的宇宙觀發(fā)生翻天覆地的變化，進(jìn)入了之前人們想也不敢想的時(shí)代，是牛頓帶來(lái)了宇宙認(rèn)識(shí)的革命和一個(gè)嶄新的時(shí)代，將人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)向前推進(jìn)了一大步。