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萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)

近代科學浪潮滾滾，科學隊伍人才輩出需要一個組織將大家團結起來。英國皇家學會集很多學術團體而成。當時在各學科研究領域已出現(xiàn)很多重要人物和重要的科學成就，如伽利略在力學上的發(fā)現(xiàn)，開普勒對天空的立法，笛卡兒在數(shù)學上的發(fā)明……真是各路英雄風云集會，各個領域百花齊放，這時也實在需要一個更高的偉人出來，將這些新成果總結一番，歸納出一個解釋自然世界的總法則。說也奇怪，就剛好在伽利逝世的1642年，牛頓(公元1642～1727)來到人間。

真是天降大任于斯人，必先苦其心志，勞其筋骨。這牛頓未出娘腹，父親便去世；不到兩歲，母親又改嫁。在舅舅和外祖母的撫養(yǎng)下，他從小體弱多病。1661年6月，他以"減費生"身份考入劍橋大學三一學院。他比一般同學都大四五歲，但他從小有個好習慣，就是愛親自動手做小機械之類的玩藝兒，手極巧。入學后遇著一個叫巴羅的好老師的悉心栽培，這遲熟的牛頓茅塞頓開，學業(yè)進步很大，經常提出一些自然和數(shù)學方面的問題，使巴羅又驚又喜。誰知好景不長，學習不到三年，便發(fā)生了席卷全國的大瘟疫，倫敦在1665年一個夏天便死了三萬多人。學校只好放假，牛頓卷著鋪蓋又回到老家沃爾斯索普村。

這時的牛頓腦子里已裝了許多天文、數(shù)學知識，和當時在村里割草鋤地時自然不同。他大部分時間用在閉門讀書上，或有時到田間、樹下仰間作著誰也猜不透的冥想。好在離他家不遠住著一位斯托里小姐，這是他青梅竹馬的女友。他倆常在一塊兒說話，倒也不算寂寞。

這天夜幕初降，晚餐過后，牛頓在自己的房間里剛捧起伽利略的《對話》，忽聽窗外有風由遠及近，簌簌颯颯，搖著那些樹葉，奏起一陣秋聲。不一會兒“撲通”一下，輕輕地像有什么東西落在院里，接著又是一下。牛頓合上《對話》，披衣出門。院里月光如水，落葉滿地，他在樹下踱著步子，想著剛才那聲音。忽然又是“撲通”一聲，一個東西擦著他的肩膀，跌落在自己的腳邊。他吃了一驚，忙蹲下一看，是一個熟透的蘋果，再向地上摸了摸，早落下有五六個了。牛頓心里一喜，將蘋果拾到衣襟里，想：我現(xiàn)在就給斯托里送去，讓她高興高興。自我回家以來，她常常給我送些果醬呀，草莓呀，我卻沒有回謝過人家。牛頓蹲下拾蘋果時這樣想著，可是當他兜著衣襟直起身時，抬頭看見了那輪明月，不覺又犯起尋思來；蘋果熟了就會落到地上，那月亮為什么不會落下來呢?再者，這蘋果為什么不會與月亮一樣，飄上天非要往地上落不可呢?為什么月亮繞著地球轉，也不會飛走?伽利略說，物體不管輕重落地時是一樣快的，這月亮與蘋果為什么不一樣?"月亮、蘋果......"他這樣一路念叨著，不覺已走到斯托里小姐家的門前。響聲驚動了小姐，她掀起窗簾，一看那個瘦高的身影，慌忙一陣風似地跑出來："啊!親愛的，怎么你來了?"她知道每天晚上牛頓是關門讀書的。牛頓笑了笑，捧出衣襟里的蘋果。斯托里想不到他還會這樣多情，忙將他讓到屋里，心頭高興得怦怦直跳。她忙著又搬椅子又倒茶，而牛頓放下蘋果，轉身便走。斯托里忙追上去："好不容易來我家一趟，也不多坐一會兒?"牛頓卻答非所問："親愛的，外面月色正好，你說月亮為什么不會掉下來?""哎呀!你又中什么邪了，每天盡和我說這些怪問題，我才不呢!我只知道月亮下面我倆好散步。"斯托里格格地笑道。其實她是很喜歡聽牛頓講這些怪問題的，雖然她聽不懂，但能和他在一起心里總覺得熱乎乎的。她將那只溫柔的小手伸在牛頓的大手里，牛頓不再說話，他們就這樣默默地走著，一會兒又回到牛頓家那棵蘋果樹下。牛頓這才如夢初醒，說："斯托里，我再送你回家吧。""你今晚這樣癡癡呆呆的，送走我，怕你也找不見家了。"斯托里笑了笑，忙抽出手來，轉身疾走著回去了。

一連三天，牛頓沒有出門。他把在巴羅老師身邊學的知識全部調動出來，又翻出伽利略、開普勒的書本。他每天睡得很晚，又起得很早，起床后常常是剛穿上一只袖子，就拿起筆來伏案計算，直到外祖母來喊他吃午飯，才發(fā)覺衣服還未穿好。他和前人不一樣，他們是靠觀察，靠測數(shù)據(jù)，而他覺得關鍵是要找出這些已知材料之間的聯(lián)系。他要靠思考，靠數(shù)學推導來攻這個蘋果與月亮是不是一樣的難題。他想那月亮繞地球飛行的速度υ月應該是它的繞地軌道長除以繞地球周期(υ月=2πγT)，月亮的向心加速度α月=υ2月γ=4υ2γT2=米/秒2(T=天=×106秒，γ=×米)。這是天上的規(guī)律。那么地球吸引蘋果呢?它的加速度就是自由落體加速度g=98米/秒2。根據(jù)開普勒三定律可推出兩行星間的吸力與它們間的距離平方成反比。天上地下的規(guī)律一個樣，那么這個比例是成立的α月g=R2γ2(R是地球半徑，即蘋果到地心距離；γ是地月間距離)。g=，γ2=60R，所以α月=×=米/秒2。妙極了，從不同的途徑推出了一樣的結果，這就證明天上地下，蘋果月亮原來一個樣啊。物體間都是一種同樣的吸力，其所以大小不同只是由于它們的質量和相互間的距離不同。F=GMmγ2.這種力是不分天南海北，春夏秋冬，天上地下，到處都有的萬有引力啊。

這天深夜，當牛頓呆坐在他那間房子里，腦子頓時開了竅，他發(fā)現(xiàn)了宇宙。他真不敢相信，從1543年哥白尼發(fā)表《天體運行》到1642年伽利略死，兩代巨人奮斗了整整一百年；從第谷17歲起在赫芬島一直不停地觀察星座，到他的學生開普勒1630年完成《星表》不久病死他鄉(xiāng)，多少人前赴后繼呀。而他自己，這個才23歲的大學生，不過為躲瘟疫，退居鄉(xiāng)下，竟因為看到幾顆蘋果落地，就這樣幸運地窺見了宇宙的奧秘。他不敢相信這是真的，他面對桌上紛亂的稿紙，抬頭眺望夜空，真有點替伽利略可惜--你為什么不愿承認開普勒的橢圓定律，再用你非凡的才智去計算一下呢?還有開普勒，你那開闊的思路囊括宇宙，檢索眾星，怎么忘記將這地上之物也查一查呢?還有笛卡兒......啊，這許多巨人將肩膀支起，是等我來踩著攀登啊!上帝在那天晚上將蘋果摔落地上，是啟示我的啊!

和那些科學巨人比，牛頓真覺得自己還是一個毛頭小孩，他也不敢一下子相信自己的發(fā)現(xiàn)(這原理直到22年后才正式公布)，只是這勝利鼓舞著他。他又終日伏案，將那些太陽、土星、木星一一地去作著推算。

再說，斯托里幾天不見牛頓露面，心里總覺空落落的，牛頓雖總有那樣一種傻氣，但她內心對他還是一片癡情。這天早晨，她從自家雞舍里新收了十幾個雞蛋，用頭巾包著便來看望牛頓。牛頓見她來了自然十分高興，便也離開書桌在床邊坐下，握著她的小手興奮地講著月亮和蘋果的關系，這回又說到數(shù)學計算，她自然更是難懂，不過還是依在他的身旁勉強聽著。一會兒大概牛頓自己也覺得沒有合適的聽眾，突然停下不說了，斯托里倒真愿這樣和他一起安安靜靜地坐一會兒。她將身子更靠近他一些，臉卻不去看他。這時牛頓從桌上拿起一個木雕的大煙斗。自從來到鄉(xiāng)下，他對鄉(xiāng)下人抽的這種煙斗很感興趣，舅舅特意雕一個送他。這時他手拿煙斗，腦子里不知又在想著什么。這樣靜坐了一會兒，斯托里將一只手伸向他，眼睛只管看著窗外，她等著他捧著她的手指去吻一下，想著，自己的手指就要觸著他那溫柔的嘴唇了。忽然她感到手指被擠得生疼，便不由尖叫一聲，扭頭看時，牛頓將她的小指頭下意識地往那個大煙斗里填，眼睛卻不知看著哪里。她就大喊道：“伊薩克，難道你要把我的手指揉成煙葉嗎?"牛頓這才如夢初醒，紅著臉忙不迭地道歉。斯托里又故意喊幾聲疼，笑了一陣。她看屋里這個狼狽樣子，知道牛頓肯定還未吃早點，就去幫他生火。

這個小房間也真夠亂了，塵土封窗，碎紙滿地，床上被子未疊，盆里及服未洗。斯托里先一把推開窗戶，一股新鮮空氣撲面而來，她又打了一盆水去擦窗臺，這時火爐上的鍋已經開得嘩嘩直響。她回過頭來，招呼一聲牛頓：“親愛的，我那頭巾里包著雞蛋，請你煮到鍋里去。”“是，謝謝?！迸ｎD說了一聲，很認真地站起，掀開鍋蓋，將雞蛋放入鍋里。過了一會兒，斯托里一邊揉著衣服，又一邊說：“親愛的，雞蛋快熟了，你得先準備一碗涼水，才好往出撈的。”牛頓說：“是，應該的?！鄙碜訁s沒有動一下，還在紙上畫著什么。斯托里看著他的背影不覺笑了起來：“你呀!沒有管準會餓死。"便起身拿了一把勺子到鍋里去撈雞蛋。這一撈不要緊，她臉上的笑容頓然消失。她將牛頓推了一把，說："先生，你就吃這個嗎?"牛頓一回頭，原來鍋里煮的是懷表!這回，斯托里可真生氣了。她還是幫他收拾著房間，又重新煮了幾個雞蛋，但是卻一句話也不說。牛頓自知今天在女友面前出了這許多洋相，實在不體面，忙將桌上的書呀，紙呀，一起堆起，想，我今天真該陪她坐一會兒才是。但是他無論說什么，斯托里美麗的臉上卻總泛不出一點笑容。他們就這樣默默地煮熟雞蛋，吃完。斯托里拿起自己的頭巾，道了聲"再見!"便悄悄地離去。

第二天，小姐讓人送來一封短信：“親愛的，也許我與您的來往打擾了您的工作，也許您本來是屬于整個宇宙，不會屬于我。我想，我們要是在一起生活，說不定哪一天您也會將我錯當雞蛋煮到鍋里。再見?！敝钡竭@時，牛頓才知道這個禍已是闖得不小，又是忙回信求情，又是當面謝罪。

他雖然想挽回局面，重敘舊情，但鏡已破碎，終難再圓。這是牛頓的第一次戀愛，也是他一生的最后一次戀愛。以后他總認為自己是不善于戀愛和組織家庭的，所以終身未娶。

1667年，可怕的溫疫剛消失，牛頓便重返校園，翌年獲碩士學位。不知是膽怯還是出于慎重，他對自己在鄉(xiāng)間從蘋果落地而得出的萬有引力定律，再未張揚。在這時，倫敦物理界的幾個優(yōu)秀人物也在做同類研究。他們是胡克(1635～1703)、波義耳(1627～1691)、哈雷(16561742)，還有雷恩等。這里面胡克是當時皇家學會的負責人，又算當時物理界赫赫有名的權威、泰斗。哈雷，則迷戀于研究彗星。一天，大家又湊到一塊兒，討論那令人傷腦筋的天體運行問題。雷恩拍拍手中一本價值40先令的厚書說："誰能把行星軌道證明出來，我愿以這本書為酬謝。"胡克說："我想，我們居住的這一部分宇宙，太陽一定是有一種引力，將地球和其它星球吸引著繞它旋轉。地球也有這種引力。"

“那么，你能用數(shù)學方法具體地證明嗎?"

哈雷急切地插問。胡克回答：“開普勒定律不是已經講清楚了嗎?你為什么要具體的證明呢?"

“胡克先生，你知道我正在研究那奇怪的彗星。它出沒無常，要能知道天體運行的計算方法，是多么重要呀!"

“哈哈，原來如此?！焙伺又逝值纳碥|，看著這坐在對面比自己小21歲的年輕人，得意地說："年輕人，這個證明我早已完成，但暫不拿出來。等那些不知天高地厚的人在這個問題上碰得頭破血流后，我才肯拿出自己的證明。"哈雷立時感到一種莫大的嘲諷，他忽地站了起來，大聲說道："胡克先生，你指的是誰?"胡沒有想到對方這樣敏感，忙說："請坐，請坐，哈雷先生，我指的當然不是你們。"

“胡克先生，請您珍重晚輩對您的尊敬?！惫渍f完便拉著雷恩摔門而去。

哈雷當然知道胡克影射的不是他，而是牛頓。胡克和牛頓雖也常有學術來往，但已多年不和，事情是由光學研究引起的。1672年2月8日，牛頓在皇家學會上宣讀了《光和顏色的新理論》的論文，其觀點與胡克不同，這便首先結下了學術冤仇，兩人長期打著筆墨官司。后來牛頓又搞起蘋果和月亮的研究，這對冤家又在天文學的陣地上相遇。年輕的哈雷看不慣胡克的蠻橫，便轉而求助于牛頓。

1684年8月，在與胡克爭吵了7個月后，哈雷來到劍橋。在那間仍然是衣服、茶具與稿紙雜的房間里，已身為教授的牛頓拖著一雙掉到腳跟的襪子，起身迎接來訪的哈雷。這位不修邊幅的教授，待人卻溫和文雅。

“哈雷先生，您最近在研究些什么?"

“尊敬的牛頓教授，我最近在研究彗星。這種拖著一條大尾巴的星星，一直是傳說著的災星。150多年前，韃靼人正在和基督教徒打仗，這顆星突然出現(xiàn)在天空，基督教徒就慌忙對天禱告：'主啊，請快來解救我們吧。'這以前，還有一次，英王赫羅德正與來犯的威廉姆霸王激戰(zhàn)，突然這星又出現(xiàn)在天空，赫羅德說：'這是不祥之兆，怕要失敗了!'部下聽言，便先失斗志，果然他也軍敗身死。我現(xiàn)在也正被這顆災星纏得坐臥不安。1680年我觀察到一顆，我懷疑它就是前幾次有記載的那一顆，這家伙又轉回來了。但是，我無法計算它的軌道與周期，因此也不能確定它們是不是就是同一顆星。"

牛頓眨了眨那雙智慧的眼睛，微笑著說：“這倒是一個很有趣的問題?！?/p>

這時哈雷激動地站起來：“我此行就是專門為這件大事前來求教的，你說假如一顆星受到太陽的吸引，這引力是以與他們距離的平方成反比來遞減，它是以什么曲線運行呢?"

牛頓十分平靜地答出了兩個字：“橢圓。”

可是這種平靜反倒使哈雷大為震驚，他大瞪著眼睛問："怎么得出的?"

“算出來的?！迸ｎD的聲音還是那樣平靜。這時他在微積分方面的研究已在計算上大大幫了他的忙。

“這是真的嗎?你知道胡克先生說他早已算出，不過不愿公布罷了。親愛的牛頓先生，快將你的證明給我，我要向皇家學會匯報，這是一件天大的事情啊。"

這年12月，在哈雷的鼓動下，牛頓的《論運動》送到皇家學會，二年后公布有關萬有引力的巨著《自然哲學的數(shù)學原理》第一編也送到皇家學會。在審查這些論文的會上，牛頓與他的冤家不得不再次相見。胡克這次不是得意地嘲諷，而是暴跳如雷了，他指著牛頓說："你這是剽竊我的成果，人家早已解決了的問題，你又來著書立說，真是一種無恥的行徑。"

牛頓拍案而起，這個本來很溫和的教授，今天也控制不住自己：“你自己一事無成，卻好意思指責別人。我倒真想剽竊一點東西，可是你那計算的手稿到如今也不敢拿出來，以至于我真不知該到哪里去剽竊。我不知一個只知吹牛撒謊的人，怎樣會混到這樣的身份?！?/p>

哈雷見事情已弄得很僵，慌忙起來圓場，他在倫敦與劍橋之間已穿梭多次做“紅娘”，今天能有這部書稿擺在案頭，已是成績不小了。他提議說：“我們還是討論一下這部書的出版問題吧。請學會能考慮撥一筆出版費，使這個《原理》盡快問世。”

胡克一聽火冒三丈：“對不起，皇家學會現(xiàn)在經費困難，拿不出一個先令來印什么原理?！闭f完夾起皮包轉身出門，臨到門口，又補了一句：“我宣布，以后拒不參加任何一次這樣的會議!"牛頓也早已氣得發(fā)抖，他將手中的筆往桌上一摔，說："算了!后面幾編我看也沒有必要再寫了。"

幾個月后，哈雷又來到了劍橋大學牛頓那間雜亂的房間里。一進門，他就大聲說：“牛頓先生，請您加快寫作，您的書可以出版了。”

“怎么，皇家學會又有錢了?"

“不，用不著它的錢，我已借到一筆錢，以個人名義來出版這本書!"

牛頓看著這個比自己小14歲的青年天文學家，一時不知說什么才好。他從小孤苦伶仃，頓覺面前的哈雷就像自己的小兄弟一般，忙喊佧人快去拿酒，又摟著哈雷的肩膀在沙發(fā)上坐下。哈雷也趕快取出特地為他帶來的資料，說："牛頓先生，你看，這是格林威治天文臺新測的月球與地球距離的數(shù)據(jù)，這是巴黎天文臺最新測得的地球子午線數(shù)據(jù)......。"

“啊，好極了，好極了。有了這些，我們的推導、計算就可以更精確了?！迸ｎD將這些資料捧在懷里，也不問問哈雷一路是否辛苦，就像餓漢搶著面包一樣地翻閱起來。哈雷也不介意，他過仆人送來的酒懷，斜靠在沙發(fā)上，慢慢地呷著。忽然他的目光停在門下角的兩個一大一小的洞口上，再一看對面通向臥室的那扇門上也有兩個。他用手碰碰牛頓問道：“牛頓先生，為什么每扇門下都要開兩個一大一小的洞呢?"牛頓將目光從資料堆里移過來看了看門，很認真地解釋道："噢，哈雷先生，你知道我有一只漂亮的大花貓