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牛頓和蘋果的故事是真的嗎?

很多介紹牛頓的書都有介紹牛頓和蘋果的傳奇故事:1665-1666年間,由於劍橋黑熱病流行,學校被迫停課,剛從劍橋拿到學士學位的牛頓也回到了家鄉。有壹天,當牛頓坐在壹棵蘋果樹下讀書思考時,壹個蘋果掉了下來,這壹下子給了牛頓靈感。但後來被專家發現,當時的蘋果並沒有砸到牛頓。而且牛頓畫像牛頓(19)的日記裏回憶說蘋果沒有砸到他。這位23歲的學生立刻想到,蘋果壹定是被地球引力拉下來的。經過多年的努力,他終於完成了萬有引力定律的闡述、數學證明和公式推導。

這個故事流傳很廣,但是最近有壹個歷史學家提出了異議,他認為他說的並不真實。他的依據如下:

法國作家伏爾泰(1694-1778)首先公開了這個故事。他對牛頓的研究成果有極大的熱情,並積極宣傳。1726年,他去了英國,當年寫了25篇通訊,其中15通訊提到了蘋果落地的故事。他在文章中說,這個故事是牛頓的侄女告訴他的。這是1726。

後來在1752,有壹個牛頓的朋友(威廉·斯圖克雷),比牛頓小45歲。在他的回憶文章中,牛頓在去世前壹年講了這個故事,牛頓是在1727年去世的,也就是說,牛頓在1726年自己講了這個故事。

所以歷史學家指出,在同壹年(1726),如果兩個人都談到了,誰先發言?所以,關於蘋果的故事壹定是編出來的。有人認為,這個蘋果故事中至少有兩件事與已經知道的歷史事實不符:

第壹,萬有引力不是牛頓壹個人的獨立發現,而是歷史上幾個人逐步探索和研究積累的結果。有些書以牛頓命名萬有引力定律,這是不能接受的。另外,說牛頓發現萬有引力是受蘋果下落啟發的自然結果,顯然是對歷史的嚴重歪曲。第二,1665年,牛頓還沒有完全理解天體的運動規律。如果我們承認了這個蘋果的故事,豈不是相當於把牛頓發現萬有引力的時間至少提前了20年?事實上,牛頓直到二十多年後才得出最終結論,完成了數學論證和公式推導。

持第壹種觀點的人認為萬有引力定律的成就不能歸功於牛頓,因為前人也有過探索和努力。他們指出,引力發現的實際過程大致是這樣的:

首先,開普勒(J. Kepler,1571-1630)最早探索行星運動規律時,認為引力只是來自太陽的磁流,以切線方向推動行星繞轉,其強度隨著離太陽的距離而減小。開普勒還試圖用磁力作用的機制來解釋橢圓軌道。他還用月球和海水之間的磁引力解釋了潮汐現象。

1645年,法國天文學家I . Bulliadus提出壹個假說:“開普勒力的減小與距太陽距離的平方成反比”。這是第壹次提出平方反比關系的思想。

1661年,英國皇家學會成立了壹個專門委員會研究引力。羅伯特·胡克(1635-1703),克裏斯托·萊伊恩(1632-1723),埃德蒙·哈雷(1656-1723)。據說早在1661,羅伯特·胡克就意識到了萬有引力和地球上物體的引力應該具有相同的本質。

在1674的壹篇演講《證明地球年運動的嘗試》中,胡克提出在壹致的力學原理基礎上建立宇宙學理論,並提出了以下三個假設:“第壹,根據我們對地球的觀察,所有天體都有對其中心的引力,這種引力不僅吸引自己的部分,也吸引其作用範圍內的其他天體。因此,不僅太陽和月亮對地球的形狀和運動有影響,地球對太陽和月亮也有影響,甚至水星、金星、火星和木星對地球的運動也有影響。第二,任何在做簡單直線運動的天體,都會繼續做直線運動,直到被其他力沿著橢圓軌道、圓或復雜曲線運動。第三,物體離引力中心越近,引力越大。至於這個力對距離的依賴程度有多大,我在實驗中還沒解出來。壹旦知道了這種關系,天文學家就可以很容易地求解天體運動定律。”胡克首先使用了“吸引”這個詞。他在這裏提出的三個假設,其實是模糊地意識到了吸引力的壹些特性,但是他還沒有搞清楚引力和距離的關系。另外,他只是缺乏對引力的量化表達和論證。

1679年,胡克和牛頓交換了關於引力的想法。1679,11年6月,牛頓寫信給胡克說,“我關於發現周日運動的想象是,如果壹個自由落體落在地球上,毫無阻礙地穿過地面進入地球,它將沿著壹個螺旋軌道運行。胡克回信說,這個物體不會以螺旋運動,而是以“帶橢圓的曲線”運動,它的軌道會“像橢圓壹樣”。在1679 12 13上,牛頓寫信給胡克說:“如果假設它的引力是均勻的,[物體]就不會以螺旋的形式下沈到真正的中心,而是以交替起伏的形式運動。"

從牛頓和胡克的通信中我們可以看出,牛頓直到1679才完全解決了落體引力的問題。他還在考慮物體重心偏心可能會使下落的物體在旋轉的同時落向地心,虎克認為物體的軌跡應該是橢圓。從牛頓的角度來看,對於引力的問題,和距離的平方成反比是沒有問題的。牛頓在考慮和質量的關系,重心偏心是否會影響重力。此外,還需要用數學知識嚴格證明天體在萬有引力作用下沿橢圓軌道運動,並推導出萬有引力定律的公式。胡克曾經在信中問過牛頓這個問題,希望牛頓完成這個定律的數學證明和公式推導。所以後來得出結論,牛頓直到1685才解決了這個問題。直到1686牛頓才最終解決,並在哈雷的催促下,將這部分數學論證加入到《自然哲學的數學原理》壹書中。胡克先生看到這本書的手稿時,認為他也應該有所貢獻,於是向年輕的牛頓建議,最好在書中提及他在這壹領域的成就。後來有人憤怒地指出,這個原本合理的要求被牛頓斷然拒絕。因為牛頓寫信給負責出版這本書的哈雷,說他不想給胡克任何榮譽,說他在很多年前就已經知道引力及其與距離平方的反比關系。

晚年的牛頓曾回憶說:“同年(1666),我開始把引力和月球的軌道聯系起來,發現了如何估算壹個天體在球體中旋轉時接近球體所用的力.....最後,在1676和1677之間的冬天,我發現了壹個命題:利用與距離的平方成反比的離心力,牛頓的話指的是推導月球的軌道,尋找行星圍繞太陽旋轉的原因。有人說,對比他之前信中與虎克討論的落體問題,可以看出時間上的矛盾:牛頓在1677年研究了月球軌道和行星軌道,但他直到1679年才研究質量對落體的影響,所以人們說牛頓在1679年與虎克通信之前,故意更改了他在這裏發現萬有引力的時間,並且做出了。

牛頓與虎克之爭不僅表現在萬有引力定律的爭論上,還表現在虎克對牛頓的光粒子理論的不同看法上,因為在光的本質問題上,虎克是站在波動論壹邊的。1673年,年輕的牛頓向皇家學會提交了他的第壹篇關於光的論文,後來他又提交了第二篇論文。這些論文受到了老先生胡克的批評,他說論文中的壹些觀點是抄襲他的。這使牛頓極為憤怒。雖然牛頓經英國皇家學會調解後仍很生氣,但他還是在2月1675給胡克寫了回信。信中說:“如果我比笛卡爾看得更遠,那是因為我站在巨人的肩膀上。”很多人把這句話理解為牛頓的謙虛精神,而攻擊牛頓的人認為這其實是對胡克的壹種諷刺和蔑視,與人們對文學的期待完全不同。

“逆牛頓派”據此認為牛頓根本沒有把胡克和笛卡爾當巨人來尊重,牛頓沒有爬上他們建造的梯子。他說他站在比梯子更高的巨人的肩膀上。很明顯,這句話是對虎克的人身攻擊——虎克是短暫的。他們認為牛頓的《光學》之所以在1704年出版,是因為牛頓敢於在胡克死後出版他的書。

“倒牛頓”進壹步指出,牛頓對萬有引力果實的壟斷並不足以消除他對胡克的仇恨。在1703當選皇家學會會長時,他下令將所有胡克的畫像從皇家學會中移除。所以當時在很多著名的英國科學家中,胡克的畫像並沒有流傳下來。