万有引力定律_科普之友

牛顿在家躲避瘟疫的那两年里（1665年到1666年，由于一场可怕的瘟疫流行，剑桥大学被迫停课，牛顿因此回到故乡乌尔斯索普村），牛顿非常注意观察太阳、月亮和星辰的运行。他经常在思考天体的运行能不能从动力学的角度来加以解释1666年的一天，牛顿正坐在花园里的苹果树下看书，忽然一只苹果从树上掉下来，正好打中他的脑袋，然后滚落在草地上一个小坑洼里，牛顿还顾不得去揉一揉被打疼了的脑袋，就被这件十分平常的事情所吸引。他问自己，苹果为什么不掉向天空，却偏偏落向地面呢？这一边串的问题，逐步把牛顿的思路引导到引力的观念上去。他想，地球大概有某种力量，能把一切东西都吸向它吧!物体所具有的重量，可能就是它受地理引力的表现。牛顿没有让他的思路停止在这一步，他想到，地球的引力如果没有受到阻止，那么月亮是否也受到了地球的吸引力呢？月亮总是按照一定的轨道绕地球旋转而不会越轨跑掉，不正是地球对它有吸引作用的结果吗？牛顿又进一步推想到各个行星之所以围绕着太阳运转，也必定是因为太阳对它们有吸引作用。因此，他认为宇宙中的一切物体之间都存在着一种相互吸引的作用，牛顿这种相互作用称之为“万有引力"。
但这样就有一个问题随之而产生了。既然地球吸引着月亮，太阳吸引着地球和其他行星，那么为什么不会像地球上的物体都落向地面那样，月亮落向地球，地球和各个得星落向太阳呢？牛顿又通过对抛射物体的研究，从中得到了启发。他设想：如果有一个巨人站在一座很高很高的山顶上，沿着水平的方向抛出一块石头。这块石头在向前飞行的同时，由于重力的作用也在向下落，电脑在空中的路径是一条抛物线，最后落到地面上。石头抛出的水平速度越大，它落地以前飞过的水平距离也越远。它的轨道弯曲程度也越小。可以设想，如果抛石的力量足够大，以致使石头的轨道曲线的弯曲程度和地球表面的弯曲程度相同，那么这块石头就会像月亮那样，绕着地球运转下去，永远落不到地面了。至此，在牛顿的脑海里，已逐步形成了完整的引力思想。
由于有了万有引力这个思想，还需要用严密的数学手段，精确地得出万有引力的数学表达式，牛顿认识到，从动力学的角度来看。开普勒所得出的行星运动的三啊定律都是万有引力作用的结果。于是，牛顿从这些定律入手，通过一系列的数学推导，并从天体运动规律的具体分析中，得出了普遍的万有引力定律。可是，牛顿并没有立即发表这个理论，他仍在冷静地深思和研究着。一方面，他要对它的每个五一节作严密的数学论证；另一方面，还要为这一理论提供切实可靠的实践验证。可是，在这两个方面，牛顿都遇到了巨大的困难。
终于在1672年，法国人皮卡尔由精密的大地测量得出了地球直径的更准确的数值，1682年，牛顿根据这个最新的数值，使根据万有引力定律算出万有引力系数g的理论值，与由运动学方法测出的实际数值很吻合。1685年，牛顿又克服了数学上的困难，严密地证明了计算一个均匀的球状物体对外面物体的吸引作用时，可经看作年有的质量都集中在物体的中心。困难终于被扫除，牛顿的万有引力定律正式发表了。