牛頓出生於1643年,他建立了一套在人類可感知的範圍中能夠解釋世界上許多的物理現象的萬有引力理論。萬有引力定律為啥是科學的?牛頓到底偉大在哪裡?之所以說牛頓的理論只能夠解釋人類的可感知範圍內的現象,是由於現代科學指出,牛頓力學在面對兩個極端世界(即宏觀和微觀世界時)就會失去解釋力。
有趣的是,在牛頓理論失效的地方,正是廣義相對論與量子力學這兩門堪稱現代物理學支柱的學科能夠發揮所長的地方。
晨光初露,在葉尖處的露水慢慢落下;在兵荒馬亂的戰場上,一顆炮彈沿著一條弧形的飛行路線精準地落在敵方司令部。在宇宙間的行星之間,彷佛有一條無形的紐帶把它們全都固定下來。自古以來,人類在面對世界上紛繁複雜的現象時,總會設想和找到隱藏在眾多現象背後那個統一的本質,人類的努力在十七世紀終於得到回報。
不過對於一般人而言,如果你希望解釋蘋果為何從樹上掉下來,或者想精準計算你的炮彈能否準確擲中敵人的位置,牛頓的萬有引力理論已經足夠用了;或者對於需要學習中學程度的科學而言,牛頓物理學已經夠你頭痛了。正因為牛頓理論具有優秀的普遍解釋力和應用性,足以令他在歷史上留下崇高的地位。
1,牛頓的萬有引力定律
牛頓的萬有引力定律的確可以有效地解釋人類在可感知範圍內的所有物理現象。牛頓將這個隱藏在眾多現象背後並支配這些現象之間的規律稱作萬有引力。他對引力定律的解釋為:所有物體彼此通過引力相互吸引,並且引力的大小與物體之間的距離成反比,與兩物體的質量成正比。現實有很多不同的現象,但它們都是同一個萬有引力的不同表現而已。
以炮彈為例子,如果人們能夠計算好炮彈飛行的速度,再把地球的引力考慮在內,我們就可以預計炮彈在何時會被引力向下拉,而開始彎曲掉到某個位置。在軍事應用之外,人們在運動和賞月的時候都應該要感謝萬有引力,如果沒有地球的引力,運動員擲的鐵餅、戀人們觀賞的月亮,會像脫了韁的野馬一樣,將會飛離地球,直至消失在人們的眼中。
牛頓的理論橫空出世以後,可以說打救了另一位科學家克卜勒。克卜勒發現了三個關於行星運動的定律後陷入了惘然不知所措的境地,因為他只能給出事實的描述但不知為什麼會是這樣。牛頓利用萬有引力指出行星離太陽愈近時,受到的引力就愈大,速度就會加快,一旦行星離太陽漸行漸遠時,行星的速度就會減慢下來。
2,牛頓力學給後人帶來巨大影響
在解釋現象之餘,牛頓能夠為其他科學家的理論打下基礎,統一其他科學理論,可見他的貢獻極其偉大。後來以研究電學著名的法國科學家庫侖就按照牛頓的萬有引力定律制訂出著名的庫侖定律,說明力量的大小直接與兩個點電荷的電量成正比,又與兩個點電荷之間距離的平方成反比。
其實不僅科學家受到牛頓力學的影響,就連近代的哲學家也深受牛頓力學的影響。在牛頓的力學中含蘊了一些關於宇宙規律的描述,改寫了人們的宇宙觀。自十八世紀開始,有些啟蒙思想家如法國的《百科全書》派便以牛頓物理學替代傳統的宗教神學從而解釋了宇宙的規律和現象間的交互作用。對於宇宙的運行,人們不需要假設存上帝的意志就可以完全作出一個合理而科學的解釋。
據說,拿破崙曾問法國科學家拉普拉斯為什麼在他的著作中不給上帝留下一個位置,拉普拉斯神氣地回答︰不需要,因為牛頓力學已經能夠代勞,因此人們不需要留一個位置給上帝。
事實上,牛頓是英國第一位被封爵的科學家,能夠做科學做到被封爵實在了不起。牛頓對於科學的貢獻是多方面的,他在數學方面和萊布尼茲差不多同時發明了微積分方法;在光學方面,他利用分光鏡把太陽照射的白光分解成七彩的顏色,證明了太陽的白光正是由七色光混合而成。
牛頓為人類貢獻很多,他把自己的發現和證明記錄成書,為後世留下了《自然哲學的數學原理》和《光學》兩本科學巨著。