網友問:萬有引力定律是怎麼被發現,又是如何推導出來的?

2021-01-15 艾伯史密斯

萬有引力定律,是牛頓力學中的一個獨立定律,不是推導出來的,而是先經過猜想再得到驗證後,成為經典力學中的一個獨立定律。

格物致知

中國古人講究「格物致知」,實際上在大多數情況下都顛倒的,包括現在中學課本中的很多知識,都是先「致知」再「格物」,就好比先射箭再畫靶!

比較典型的,就是中學引入「虛數」的概念,無論是課本還是數學老師,差不多的都會這麼給你說:因為x^2=-1在實數上無解,所以數學家引入了虛數單位i。

懂點數學歷史的人,會知道這個說法是完全錯誤的,數學家從被虛數困惑,到正式承認虛數地位,花了兩百多年的時間,而現在課本一句話帶過,不讓學生去了解一個偉大事物的發現歷程,會很難讓學生正確地學習發現新事物的方法,或許這也是創新不足的一個根源吧!

萬有引力定律

關於題目的疑問,我上面的觀點其實已經做了回答,因為萬有引力定律本來就不是推導出來的,而是科學家總結物質運動規律,然後先猜測,再逐步得到驗證的。

試圖用其他經典力學定律,反推萬有引力定律的做法(廣義相對論除外),都是「先射箭,在畫靶」,是沒有意義的!

不過在這,艾伯菌簡述一下萬有引力的發現歷程,其歷史得從哥白尼說起:

在十五世紀,哥白尼提出日心說,這一觀點遭到當時教會的打壓,但真理是不可能被埋沒的,哥白尼的日心說為今後的天文學奠定了基礎。

哥白尼死後不久,在丹麥誕生了另外一位偉大的天文學家——第谷·布拉赫(1546~1601),不知為何歷史上都叫他「第谷」而非「布拉赫」,在英文名字中稱呼名而非姓的,科學家中好像只有他和伽利略。

第谷出生於貴族家庭,從小對天文學產生了興趣,他耗盡幾十年的心血,用肉眼觀測並記錄了當時的所有天文現象,還制訂了恆星表,其精度之高讓現代科學家都覺得不可思議,有些數據到目前為止還在被天文學家使用。

經第谷測定的地球年,首次精確到1秒之內;而在當時的中國,最精確的曆法由我國古代著名科學家郭守敬給出,「年」的誤差大約是26秒。

第谷收了一個助手,並把他的所有資料繼承給了這位助手——約翰尼斯·克卜勒,克卜勒研究了他老師第谷的觀測數據,最終提出了天文學上的克卜勒三大定律。

在牛頓之前,伽利略已經有了慣性定律的想法,哈雷等人也得到了向心力的準確公式,甚至科學家胡克也提出過萬有引力的概念,並猜測萬有引力和距離二次方成反比。

胡克可以在圓周運動的情況下,驗證他的猜想,但是無法擴展到橢圓軌道上;在當時,只有牛頓能做到這點,因為牛頓發明了一個強有力的工具「微積分」,在哈雷的幫助下,牛頓發表了《原理》一書,把萬有引力定律的皇冠收入囊中。

書中牛頓以三大運動定律和萬有引力定律為基礎,建立了一套完整的力學系統,從微觀粒子的熱運動,到行星繞太陽運行,都可以用牛頓力學來解釋。

如果要問牛頓如何想到萬有引力定律的,這個真沒人說得清楚,但是肯定和克卜勒定律以及向心力公式有關,加上牛頓天才的靈感碰撞,成就了牛頓力學今後的輝煌。

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