牛顿发现万有引力土味情话

一部力学发展史就是人类科学的诞生史．从总的发展趋势来看，在牛顿运动定律建立以前，力学的研究主要是积累经验，并在理论和实验中不断修正力学概念．从时间史上可分为两个时期:

(1)古代:从远古到公元5世纪，人类对力的平衡和运动有了初步了解．

(2)中世纪:从6世纪到16世纪，对力、运动以及它们之间的关系认识也有进展．在这段时期内，中国的科学技术水平总体上处于世界领先地位，但力学的知识与概念大多融合在一些工程技术中，缺乏逻辑分析推理．在中国的古代科技文献中有大量关于力、速度等的描述，但始终没有“加速度”概念的提炼，因此，在明末宋应星的《天工开物》之后，中国古代的经验力学也宣告终结．

在牛顿运动定律建立之后，力学的发展进入现代科学时期，主要有下面4个阶段:

从17世纪初到18世纪末，在伽利略(Galileo)建立的加速度概念的基础上，牛顿建立了经典力学并不断得到完善;

19世纪，力学的各个分支建立，特别是在1832年和1845年纳维(Navier)和斯托克斯(Stokes)等提出了固体力学和流体力学的基本方程后，力学脱离物理学而成为一门独立学科;

从1900年到1960年，近代力学诞生，并与工程技术关系密切．这段时期新的工程技术发展较快，原先主要靠经验的办法跟不上时代了，这就产生了应用力学这门学科．但当时计算工具落后，解决具体工程问题主要靠实验验证;

1960年以后是现代力学阶段，由于计算机技术的快速发展，使原来复杂的力学计算成为可能，用力学理论和数值模拟计算技术解决工程设计问题成为主要途径．

力学的发展史也是人类从经验技术上升到科学技术的发展史．我们可从牛顿建立万有引力定律的过程来看科学与经验的差别:

1609～1619年，德国科学家开普勒(Kepler)用了10年时间将他的老师第谷(Tycho Brache)30年辛勤积累的天文观察数据总结成行星运动的3大定律，指出行星运动的轨迹是一椭圆，而太阳正是椭圆的一个焦点;

1638年，意大利科学家伽利略总结出了惯性定律，指出自由落体的加速度与其重力成正比;

1659年，荷兰科学家惠更斯(Huygens)给出动量与能量守恒的早期萌芽形式;

1661年，英国科学家胡克(Hooke)等人提出星体之间相互吸引，提出引力的概念;

1673年，惠更斯再次推导了引力大小与距离平方成反比关系;

1680年以后，牛顿才对引力问题发生兴趣，但这时关于天体力学剩下的关键问题只有一个:如果行星在太阳引力作用下运动，并且假设引力与距离平方成反比，那么行星运动的轨迹应该是什么?

当时实验观测的结果是行星运动的轨迹为椭圆(开普勒定律)，但是没人能回答为什么是椭圆．牛顿在数学上比别人略高一筹，他掌握了当时最先进的数学工具——微积分，他从数学上严格证明了在上述条件下行星运动的轨迹一定是椭圆，这与近百年的天文观察结果相吻合，并据此建立了万有引力定律，完善了经典力学的科学体系．

从牛顿建立万有引力定律的过程中我们发现，如果没有前人的工作，牛顿从一个苹果落地是绝对创造不出来万有引力定律的．而如果没有牛顿的系统理论总结，前人的工作包括开普勒的工作最多只能是经验，是技术，不是科学，也不会有万有引力的概念，或许也就没有当今人类引以自豪的航天航空事业了．牛顿的工作或许只是别人画龙他点睛，如果从工作量来讲，他远不如第谷的三十年如一日，也不如开普勒的十年磨一剑，他比胡克等人更晚懂得天体运行规律，甚至他当时在天体力学界或许只是一个小学生，但是，发现万有引力的殊荣非牛顿莫属，这就是科学发现的机遇，就是科学发现的规律．

小贴士

苹果落地与万有引力

提起万有引力，人们会自然的想到牛顿，想到苹果落地和牛顿的故事:牛顿在23岁时，有一天看到一个苹果落到地上，开始深思其中的道理，最终发现了万有引力，为人类认识自然的过程作出了不可磨灭的贡献．但这一说法不一定完全符合历史事实，因为万有引力的确立，并非牛顿一个人的力量．胡克首先使用了“万有引力”这个词，1680年1月6日，胡克在给牛顿的一封信中，提出了引力与距离的平方成反比的猜测．1864年，胡克在和爱德蒙·哈雷(Edmoud Halley)、克里斯多夫·伦恩(Christopher Len)等人的一次聚会中，他又提出并推动了这一问题的研究．牛顿在胡克、哈雷的帮助下，并利用他掌握的当时最先进的数学工具微积分，证明了行星运动的轨迹是椭圆．在1687年，牛顿出版了他的名著《自然哲学的数学原理》，公布了他的研究成果．