1、1牛顿背后的几个巨人摘要：牛顿在 1675 年 2 月给胡克的回信中，曾经说过：“如果说我比笛卡尔看得更远，那是因为我站在巨人们的肩膀上。 ”牛顿所说的巨人具体指谁我们不清楚，但是下面讲述的这些科学家在牛顿建立万有引力定律过程中确实有过很大的帮助。 关键词：万有引力定律 开普勒 胡克 弗拉姆斯蒂德 哈雷 牛顿给胡克回信的原话是：“笛卡尔所做的是搭了一架好梯子，你在很多方面都把梯子升高了许多，特别是把薄膜的颜色引入哲学思考。如果我看得更远些，那是因为我站在巨人的肩膀上。 ”1牛顿所说的巨人谁？谁是牛顿的“好梯子”？下面我们就介绍协助牛顿建立万有引力定律过程中的几个物理学家。 一、开普勒 在原理中
2、，牛顿是从分析开普勒三定律或“行星假设”的物理意义着手进行研究的。开普勒行星运动规律的发现为牛顿万有引力的发现提供了事实依据。 牛顿在论运动和原理的开头，对开普勒定律的讨论的思路是这样的：“（1）开普勒讨论的是在中心力作用下运动的单体体系。综合惯性运动与中心力两种因素。 （2）对这个体系，由“公理：运动定律”推导出它的数学体系。把这种推导与面积定律联系起来，（3）牛顿证明了行星的椭圆轨道运动是惯性运动与一个特殊的、与距离平方成反2比的向心力相结合的结果，并推导了谐和定律。 ”227 牛顿正是解决行星的椭圆轨道所遵循的力学问题而发现万有引力的。 二、罗伯特?胡克 从牛顿 1675 年 2 月给胡
3、克的回信中可知，牛顿不认为胡克对他有帮助，但胡克确实指导牛顿发现万有引力定律。 在 1671 年发表了试由观察证实地球周年运动 ，在这篇文章中，提出了三条假设：“第一，所有天体都具有一种指向其中心的引力；第二，所有做惯性运动的物体，都将沿着直线运动，直到它们受作用而发生偏转弯折；第三，天体离太阳距离越近，吸引作用越强。 ”他在这里提出的这三条假设，实际上已包含了有关万有引力的一切问题，所缺乏的只是定量的表述和论证。 在 1679 年，胡克与牛顿之间进行了关于引力问题的交流。在 1679年 11 月 24 日，胡克写信给牛顿，邀请牛顿讨论“我的假设或观点：即行星的运动综合了切线方向的直线运动和朝
4、向中心物体的吸引运动” 。胡克向牛顿建议行星运动应该有两部分：由惯性运动分量和指向太阳的向心力组成。 在 1679 年 11 月 28 日，牛顿在回信中拒绝讨论胡克的假设，信中说：“自己关于发现周日运动的想像，即设想一个自由落体落到地球上，通过地面进入地球内部，而不受任何物质的阻碍，则该落体将沿着一条螺旋形轨道运行。在旋转数圈后，最终旋入（或十分接近）地心。 ”胡克回信说，物体不会按螺线运动，而是按“一种带椭圆状的曲线”运动，它的轨道将“像一椭圆” 。1679 年 12 月 31 日，牛顿写信给胡克说：“我同3意你的意见，如果假定它的重力是均匀的，物体将不按螺线下沉那个真正的中心，而是以交替升
5、降的形式运行。 ”1 从后人清理牛顿同胡克的这些通信中看出，直至 1679 年，牛顿在天体运动的问题上，还是不得要领的。牛顿是在胡克的启发下，才走上正确的行星动力学的研究道路。因此，胡克是牛顿当之无愧的一架 “好梯子” 。 三、约翰?弗拉姆斯蒂德 约翰?弗拉姆斯蒂德对月球的观测，协助牛顿发现万有引力定律，并为万有引力定律提供了观测数据支持。 1694 年开始，牛顿访问了弗拉姆斯蒂德并且向他索要关于月球运动的观测资料，此后牛顿为了验证万有引力理论，还多次写信给弗拉姆斯蒂德索取资料。弗拉姆斯蒂德都满足了牛顿。弗拉姆斯蒂德 1700 年对他的朋友洛瑟普说：“牛顿曾一度想使月球运行表符合他设想的定律，
6、但是，当他开始将自己的定律与天体（即月球的观测位置）进行比较时，他发现自己错了，并不得不全部抛弃自己的定律。我曾给他提供了二百个以上的月球的观测位置，人们会认为这些材料足以限定任何理论；既然他已修改了自己的理论，并把自己的理论调整到完全符合这些观察，所以他的理论描述了这些观察也就不足为奇了。 ”3 可见，牛顿著名的“月球检验”的观测数据来自于弗拉姆斯蒂德之手。他是牛顿没有提到过的一位科学家，是被牛顿踩着肩膀的巨人。 四、埃德蒙?哈雷（Edmond Halley） 哈雷用原理的观点，应用于彗星上，发现了彗星的周期是 76 周4年。彗星的准时回归，也验证了万有引力定律的正确性。早在 1682 年，
7、哈雷在访问巴黎天文台时，恰好遇上了那年的大彗星，他与台长卡西尼一道观测了这颗彗星，并计算了彗星接近太阳时的轨道。经过坚持不懈地观测和精密计算，1705 年哈雷发表了彗星天文学论说一书中大胆预言，1682 年出现的那颗彗星一定会再次回来，回归的日期在 1758 年底到 1759 年初，时间间隔是 76 年。并且指出，根据牛顿在原理中提到的天体“摄动”理论，这次回归的时间间隔稍长的原因是彗星在接近木星时会受到“摄动”影响。在原理第三版序中，牛顿说：“哈雷博士比以前更精确地计算了该彗星的椭圆轨道，沿此轨道，彗星穿越天穹九宫，其精确性与行星在天文学给出的椭圆上运行并无二致。 ”41758 年岁末，哈雷预言中的慧星按时回归，牛顿的理论得到验证， 原理的正确性经受了实践的考验。 开普勒行星的运动规律的发现，为万有引力的发现提供了事实依据，是万有引力定律研究的开端。胡克的理论指导和弗拉姆斯蒂德对月球的观测数据都协助牛顿发现万有引力定律。哈雷对慧星的研究验证了万有引力定律。他们都是牛顿的“好梯子” 。 参考文献 1武际可.伟人的阴暗面J.力学与实践，2003，25（3）：74-77 2朱荣华.物理学史选M.北京：高等教育出版社.2003 3王波.被“踩”肩膀的巨人J.视野，2009（6） 4Isaac Newton.王克迪译.自然哲学之数学原理?宇宙体系M.武汉出版社，1992
