萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)

1、.萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)是近代經(jīng)典物理學(xué)開(kāi)展的必然結(jié)果?？茖W(xué)史上普遍認(rèn)為，這一成果應(yīng)該歸功于偉大的牛頓。但是，其他出色的科學(xué)家如胡克、哈雷等在這一方面也做出了非常重要的奉獻(xiàn)。但與牛頓相比，他們的觀點(diǎn)和研究方法總是存在著這樣或那樣的缺陷，最終與跨時(shí)代的科學(xué)發(fā)現(xiàn)矢之交臂。早在1661年，羅伯特胡克就已覺(jué)察到引力和地球上物體的重力有同樣的本質(zhì)。1662年和1666年，他曾在山頂上和礦井下用測(cè)定擺的周期的方法做實(shí)驗(yàn)，企圖找出物體的重量隨離地心間隔 而變化的關(guān)系，但沒(méi)有得出結(jié)果，在1674年的一次演講“證明地球周年運(yùn)動(dòng)的嘗試中，他提出要在一致的力學(xué)原那么的根底上建立一個(gè)宇宙學(xué)說(shuō)，為此提出了

2、以下三個(gè)假設(shè)：“第一，據(jù)我們?cè)诘厍蛏系挠^察可知，一切天體都具有傾向其中心的吸引力，它不僅吸引其本身各部分，并且還吸引其作用范圍內(nèi)的其他天體。因此，不僅太陽(yáng)和月亮對(duì)地球的形狀和運(yùn)動(dòng)發(fā)生影響，而且地球?qū)μ?yáng)和月亮同樣也有影響，連水星、金星、火星和木星對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)都有影響。第二，但凡正在作簡(jiǎn)單直線運(yùn)動(dòng)的任何天體，在沒(méi)有受到其他作用力使其沿著橢圓軌道、圓周或復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)之前，它將繼續(xù)保持直線運(yùn)動(dòng)不變。第三，受到吸引力作用的物體，越靠近吸引中心，其吸引力也越大。至于此力在什么程度上依賴于間隔 的問(wèn)題，在實(shí)驗(yàn)中我還未解決。一旦知道了這一關(guān)系，天文學(xué)家就很容易解決天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律了。胡克首先使用了“萬(wàn)有引力

3、這個(gè)詞。他在這里提出的這三條假設(shè)，實(shí)際上已包含了有關(guān)萬(wàn)有引力的一切問(wèn)題，所缺乏的只是定量的表述和論證。但是，胡克缺乏深沉的數(shù)學(xué)根底和敏捷的邏輯思維才能。他錯(cuò)誤的認(rèn)為，目前需要的是更加準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而沒(méi)有想到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果已經(jīng)包含在了開(kāi)普勒的實(shí)驗(yàn)記錄中。1680年1月6日，胡克在給牛頓的一封信中，提出了引力反比于間隔 的平方的猜測(cè)，并問(wèn)道，假如是這樣，行星的軌道將是什么形狀。1684年，在胡克和愛(ài)德蒙哈雷、克里斯多夫倫恩等人的一次聚會(huì)中，又提出了推動(dòng)這一研究的問(wèn)題。倫恩提出了一筆獎(jiǎng)金，條件是要在兩個(gè)月內(nèi)完成這樣的證明：從平方反比關(guān)系得到橢圓軌道的結(jié)果。胡克聲言他已完成了這一證明，但他要等待別人

4、的努力都失敗后才肯把自己的證明公布出來(lái)。哈雷經(jīng)過(guò)反復(fù)考慮，最后于1684年8月專程到劍橋大學(xué)向當(dāng)時(shí)已有些名望的牛頓請(qǐng)教。牛頓說(shuō)他早已完成了這一證明，但當(dāng)時(shí)沒(méi)有找到這份手稿；在1684年底牛頓將重新作出的證明寄給了哈雷。在哈雷的熱情勸告和資助下，1687年，牛頓出版了他的名著?自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理?，公布了他的研究成果。從?原理?中可以看出，牛頓首先是從猜測(cè)和直覺(jué)開(kāi)場(chǎng)他關(guān)于引力的考慮的。他看到，在地面上很高的地方，重力并沒(méi)有明顯的減弱，那么它是否也可以到達(dá)月球呢？假如月球也受到重力的作用，就可能是這個(gè)原因使它保持著球繞地球的軌道運(yùn)動(dòng)。牛頓指出，月球可以由于重力或者其他力的作用，使它偏離直線運(yùn)動(dòng)而偏

5、向地球，形成繞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，“假如沒(méi)有這樣一種力的作用，月球就不能保持在它的軌道上運(yùn)行。但是，迫使月球作軌道運(yùn)動(dòng)的向心力與地面上物體所受的重力到底是否有同一本質(zhì)呢？在?原理?中，牛頓提出了一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，設(shè)想有一個(gè)小月球很靠近地球，以致幾乎觸及到地球上最高的山頂那么使它保持軌道運(yùn)動(dòng)的向心力當(dāng)然就等于它在山處所受的重力。這時(shí)假如小月球突然失去了運(yùn)動(dòng)，它就如同山處的物體一樣以一樣的速度下落。假如它所受的向心力并不是重力，那么它就將在這兩種力的作用下以更大的速度下落，這是于我們的經(jīng)歷不符合的?？梢?jiàn)重物的重力和月球的向心力，必然是出于同一個(gè)原因。因此使月球保持在它軌道的力就是我們通常為重力的那個(gè)力。進(jìn)一步深化，牛頓根據(jù)惠更斯的向心力公式和開(kāi)普勒的三個(gè)定律推導(dǎo)了平方反比關(guān)系。牛頓還反過(guò)來(lái)證明了，假如物體所受的力指向一點(diǎn)而且遵從平方反比關(guān)系，那么物體的軌道是圓錐曲線橢圓，拋物線或雙曲線，這就推廣了開(kāi)普勒的結(jié)論。在原理中牛頓同磁力作用相類比，得出這些指向物體的力應(yīng)與這些物體的性質(zhì)和量有關(guān)，從而把質(zhì)量引進(jìn)了萬(wàn)有引力定律。 牛頓把他在月球方面得到的結(jié)果推廣到行星的運(yùn)動(dòng)上去，并進(jìn)一步得出所有物體之間萬(wàn)有引力都在起作用的結(jié)論。這個(gè)引力同互相吸引的物體質(zhì)量成正比，同它