讓人類開始認識宇宙的偉大理論——萬有引力定律

隨著美國重啟登月計劃，新一波的太空探索競爭越來越激烈，直到今天還有許國國家還在為成功發射衛星目標在努力。而美國NASA卻在50年前就已經成功登月，這樣的差距雖然已經成為事實，但是人類在太空探索技術上的努力從未停止過。

人類最大的火箭 土星5號

在人類對太空的探索中，失敗和成功從來都是並存的，但是有一個人可以說讓人類在成功宇宙的道路中邁進了巨大的一步，那就是——牛頓。

牛頓大神

牛頓，1643年出生於英格蘭落伍爾索普的小村莊，屬於早產，身體比較瘦小，更讓人可惜的是他出生三個月後父親就去世了。而在牛頓三歲的時候，母親便改嫁，嫁給了一位牧師，可以說牛頓的童年並不很快樂，缺少父愛，然後又被送到外祖母家寄養。這樣的童年生活可以說是對他在成年後愛爭論不服輸的性格產生了巨大的影響，同時也對他在相信神學鍊金術，並且也為之奮鬥終生，可以說他花費在鍊金術上的心思並不亞於他花費在科學道路上的心思。如果他專一研究科學，或許他的成就更高，使物理學更上一層也說不定。

可以說牛頓做為世界到目前為止前三的物理學家數學家，他在科學界的成就相當了不起，比如力學上的牛頓三定律，數學上的微積分及二項式定理。還有在光學上天文學上都有很大的成就，可以說這樣的人完全是劃時代的人物，那這樣的人到底是怎麼樣論證出萬用引力的呢？

所有行星都是橢圓軌道

天體的運動軌跡

最初很多人支持「地心說」，認為宇宙的天體都是圍繞著地球為中心進行運轉，直到哥白尼提出不一樣的看法---「日心說」。就是天體都圍繞著太陽為中心進行運轉的，在當時產生了很大的影響，很多宗教人士認為他這種說法打破了他們的信仰。而隨著對太空研究的深入，克卜勒對哥白尼的日心說進行了修正，他發現天體運行軌道並不是圓形，而是橢圓的軌道，這就是克卜勒第一定律告訴我們的， 但是他當時還是無法解釋是什麼原因讓天體的運動軌跡產生了變化？

哥白尼

力與運動

物理學家伽利略認起初認為，力是改變物體狀態的原因。認為物體只要受力就做勻速圓周運動，這也解釋了為啥天體是繞圓運行了，但是後來發現他提出的是錯誤的，並不能很好解釋天體運行是橢圓的軌跡問題。

而就在1669年，年僅27歲的牛頓研究發現，要使物體進行勻速圓周運動，那就必須要用一個外力，即向心力。但是在當時並不清楚這個力與物體質量速度是怎麼樣的關係，只清楚這個向心力受質量速度影響。如果不是有新的力改變物體運動狀態，那麼物體只能一直勻速直線運行或者靜止狀態，更不可能使物體能做圓周運動了（牛頓第一定律）。通過牛頓的發現了存在向心力的存在就可以很好的解釋為啥天體運行軌跡是橢圓的了，但是人們希望可以計算出這個力到底是多大？那就得需要弄清楚這之間的關係到底是怎麼樣的？

胡牛之爭

牛頓這個人性格是比較好強較真的，也跟很多當時的科學家大佬存在爭論，比較出名的就是跟萊布尼茨及胡克。胡克這個人是英國皇家學院的，在當時無論是身份還是地位，都優於牛頓，同時胡克更擅長製造精密儀器。可以說他不能讓牛頓的風頭超過自己，想挑一些牛頓的毛病。而牛頓這人不服輸，有次牛頓在研究色散問題提出了光是粒子的說法，遭到胡克到處宣稱牛頓說錯了，這下二個人算是槓上了。

羅伯特 胡克

在這之後他們還一直相互爭論著力與物體運動到底是什麼關係，比如，後來在說到重力的問題上，牛頓認為地球上的物體受到的重力不變，而胡克認為地球物體的重力與物體離地球的距離平方成反比。這時候可以說牛頓在爭論上輸給了胡克，而胡克也藉此嘲諷了牛頓，牛頓也順便回擊了一句名言「我之所以比別人看得遠一些，是因為我站在巨人的肩膀上」 ，其實本意大概就是我的成就與你胡克無關。因為胡克這個人有點駝背還矮，很忌諱別人說高大或者巨大的詞語，但是現在已經被用來表達謙虛的意思了。最後當牛頓當上英國皇家學會會長的時候還把胡克的肖像全部毀滅了，所以後人也無人知道胡克長什麼樣子了。

著名賭局成就---《自然哲學的數學原理》

在1684年，胡克在哈雷跟雷恩面前吹牛說自己已經證出平方反比的引力可以推導行星運動軌跡是橢圓的問題（即克卜勒第三定律）。但是真讓胡克拿出來的時候，他又磨磨唧唧，最後雷恩打賭說，你們二個在二個月先拿出來就可以贏得價值40先令的書（在當時出書的難度很大，基本都是手稿）。

自然哲學的數學原理

這時候哈雷想自己也解決不了，就想到數學家牛頓了。而這時候的牛頓在劍橋大學教書，相對低調了許多，當哈雷跑過去問牛頓你知道行星繞太陽的軌道是什麼形狀嗎？牛頓回答：「是橢圓，而且我已經證明出來了。」

最著名的彗星——哈雷彗星

可以說當哈雷聽到這個消息欣喜若狂，希望可以把證明過程給自己看下，牛頓說回去找下，而在這之後，牛頓拿出來可以說是史上價值最高的九頁紙，也是後面出版的巨著《自然哲學的數學原理》的主體內容。

提出了最著名的萬有引力定律公式

萬有引力定律

萬有引力的重大發現---海王星及冥王星

其實在牛頓提出萬有引力的公式之後的100年裡，科學家對這個引力常數G一直在摸索，也無法精確進行測量。因為一般物體的質量相對天體來說太小，根本無法測出這個G的具體數值，那就得說下被稱為第一個測出地球質量的人----卡文迪許，卡文迪許通過扭稱實驗最後測量出G的值G=6.67×10-11N·m/kg。

稱出地球重量的人——卡文迪許

此時在萬有引力的定律公布，很多科學家從多方論證這定律的科學性及正確性。而就在大家都接受這公式的時候，天文學家發現天王星的軌道存在偏離，跟牛頓的萬有引力預測的軌道存在差異。這個時候已經很少有人懷疑萬有引力定律的正確性了，這時候有人提出想法，會不會是天王星的外圍還存在一顆行星，他們彼此之間存在引力，所以影響了軌道運行。

海王星

正是這種想法，在科學家們經過大量計算，終於在1846年9月發現了海王星，這就是太陽系的第八顆行星。而海王星觀測中同樣發現軌道存在偏移，最後也是通過計算終於在1930年找到了太陽系的第九顆行星冥王星。可以看到，正是通過牛頓提出的萬有引力定律再通過計算，才發現海王星及冥王星，這也就是人們稱海王星及冥王星為「筆尖下的行星」。

冥王星

萬有引力的發現與一直流傳的牛頓被蘋果砸了的事情差距還是很大的，可能為了讓更多人理解萬有引力，就用最通俗易懂的現象解釋它才能讓更多人接受感受到萬有引力的存在。對於牛頓這麼偉大的人物，其實最可惜的就是他沒有結婚，更沒有留下自己的後代。

正是由於這跨時代的發現，讓人們對於宇宙的深刻認識，才能保證航天任務的一次次的成功完成。如果把萬有引力公式稱為最美公式之一，我認為一點也不過分。

後來更加深刻的觀測表明，萬有引力定律還是有缺陷的，有些天體運動現象也解釋不了，比如「水星進動」現象，這就需要後來的廣義相對論才能圓滿解釋了。那就是人類另一位最偉大科學家的深刻創造了。