牛頓支援日心說嗎

牛頓的蘋果故事想必大家十分的清楚，可以說是一件科學界的佳話。說的是牛頓本人在1665年到1666年，這一年半的時間內在家裡躲避鼠疫；

某天牛頓在自己家後院的一顆蘋果樹下思考問題，被落下的一顆落下的蘋果砸中了頭部，突然靈光一閃，蘋果為啥不往上跑、不斜著走，非要落向地球中心方向呢？

於是就有了萬有引力。

這個故事聽起來確實膾炙人口，十分的美好，但是你想想萬有引力是萬物表象背後的真理，雖說是事物的本質屬性，可這個真理隱藏的十分深刻，豈是一顆蘋果就能把牛頓砸清醒的？

而且你想想除了蘋果，你能相信牛頓在生活中再也沒看到其他物體下落的景象嗎？顯然不可能，任何時候牛頓都能看到物體朝向地球中心下落！

那為什麼是一顆蘋果鑄就了牛頓神話呢？而不是一個杯子、一支筆呢？很顯然這個神話它就只是個神話，讓小孩子看一看還行，要真正的瞭解科學，我們就必須知道牛頓本人到底是怎樣發現萬有引力的。

首先說下牛頓的蘋果神話是怎麼來的？這件事其實還真不是坊間傳聞，而是牛頓本人晚年的時候親口告訴別人的，而且和他有親緣關係的後人也這樣說過，包括牛頓的同鄉寫的牛頓傳記也是這樣介紹。

所以說可以肯定的是，蘋果砸頭這件事就是牛頓本人親口說出來的。那麼問題是牛頓為何要編造一個蘋果神話呢？這個我們後面再說。

我們知道任何科學理論的出現他都不是憑空產生的，它一定有前人努力和貢獻。萬有引力也是一樣的。

在牛頓之前有很多偉大物理學家、天文學家已經為牛頓理論的出世創造了基礎，這一點牛頓本人也說過，這句話大家也十分熟悉：要是我比別人看的更遠，那是因為我站在了巨人的肩膀上。

那麼牛頓所說的這個巨人到底是誰呢？我認為有三個：開普勒、伽利略和笛卡爾。

這三個人的貢獻基本上就預示著新的物理學即將誕生，呼之欲出，而缺少的正是牛頓這樣集大成者的天才。

你看，日心說統治人類將近2000年的時間，直到1543年哥白尼出版了《天球執行論》，把地球和太陽的位置調換了一下。

日心說就誕生了，當時哥白尼的日心說依然延續地心說的勻速圓周運動軌道，也就是各大行星的軌道依然是正圓，且勻速繞太陽轉。

這樣的模型雖說離真相近了一些，但是它並沒有比當時托勒密的本輪模型對天體執行的預測更加準確。因此這個模型它不完善，顯然存在很大的問題。

這個時候開普勒就出現了，他透過從第谷·布拉赫那裡得到的大量觀測資料，透過擬合猜測的方式將行星執行軌道規定為橢圓，而太陽就處在橢圓的焦點之一。

這個就是開普勒行星運動第一定律，還有第二第三定律，這裡就不贅述了。

開普勒定律的提出透過應用在太陽各大行星、以及彗星上算出來的天體執行軌道和當時已知的資料都匹配的非常好。

這說明開普勒的日心模型才真正的準確的描述了太陽系行星運動的真實情況。但開普勒的定律只能說是還處在事物的表象之上，屬於經驗理論。

他不能解釋宇宙天球被打破以後為何行星還要繞太陽運動，為什麼行星的軌道是橢圓的？等一些問題，因為這些問題都涉及到了事物的本質原因，也就是其背後真正的科學理論，而不是經驗規律。

所以說開普勒三大定律提出以後，一開始並沒有多少人相信，畢竟你沒有完全解答人們心中的疑問。

不過隨著伽利略1609年對木星衛星的發現，以及對金星相位變化的發現，人們開始逐漸接受了日心說，1631年人們更是利用開普勒定律預測出了以前從來沒有觀察到的金星和水星凌日現象。

至此人們總算是接受了開普勒創造的太陽系模型，但是這樣的話就有一個問題需要整個科學界來為此尋找答案。那就是新的宇宙模型就需要新的物理學來作為支撐，以解答開普勒留下的疑難雜症。

這裡再說下伽利略，他在力學上的貢獻還是頗大的，著名的比薩斜塔實驗（斜面實驗肯定是做過）就推翻了亞里士多德關於物體受迫運動、力是維持物體運動的說法。

而伽利略認為力只是改變物體速度變化快慢的原因。這一點對牛頓來說非常重要，因為它離牛頓第二定律已經非常接近了。

下面還要說的就是17世紀的一位天才笛卡爾。他是現代物理學革命的先驅，是牛頓力學堅實的奠基者。

他提出了宇宙是由物質和運動構成的，僅此而已。這個思想就打破了亞里士多德認為的天和地的差別。也就是說，我們在地球上可以解釋事物的理論同樣也可以用在天上，沒有所謂天地之分。

天和地都是一樣的，遵循同樣的物理定律。

這一點也很重要，因為這個想法就促成了牛頓敢把蘋果和月球同等對待，敢把蘋果下落受的力延伸到月球、延伸到各大天體之上。

笛卡爾除了以上的思想外，他還提出宇宙中物體的運動能夠自己維繫，且數量守恆。有沒有覺得這個很熟悉，沒錯這就是慣性定律，也是牛頓第一定律。

所以說牛頓的成功除了他天才般的見解外，其實前人已經為其做足了充分的準備。

現在來說說牛頓。他真的是前無古人後無來者、幾百年難得一遇的天才。不管走到哪裡都是那麼突出、優秀，那麼的光彩奪目。

牛頓1661年在劍橋三一學院學習的時候，基本上都是自學，學校教的那些根本就不入他的眼，他自學吸收了當時天文學、哲學、數學最新、最前沿的理論。

當然以上我說的哪些前人的貢獻，牛頓肯定都瞭如指掌，並且有自己更高超的見解。他也知道新的科學需要解決哪些問題。

而且牛頓三大定律的得出對牛頓來說簡直是易如反掌，這沒啥難得，總結前人完全可以提出牛頓三大定律。

得出物體的運動規律。

並且當時所有頂尖科學家都知道地球上的物體自由落體是因為受到了一種力，這種力改變了物體的狀態，而這種力是什麼？如何用數學描述才是最關鍵的問題。

很明顯這種力是一種超距作用，物體之間不用相互接觸，看不見摸不著就可以相互影響。這在當時除了牛頓敢把這件事當真以外，其他人還真沒這個魄力。

我們知道牛頓除了科學以外，他最大的愛好就是燒爐子、搭個鍋，搞自己的鍊金術。他相信那種神乎其神的事情，有人說牛頓是人類歷史上最後的一位魔法師。

所以這樣的牛頓在面對超距作用的時候他心理是不排斥的。他相信由自由意志的上帝掌控的宇宙這根本不算啥。就算是亞里士多德也不敢相信超距作用這件事。

所以牛頓在1665年在家裡躲避瘟疫的時候，就做了大量的計算，他想看這個超距力能否解釋月球的運動，於是就將導致蘋果下落的力延伸到了月球。

首先他推匯出了離心力公式，測量了地球的重力加速度（透過單擺），然後把月球的質量乘以地表的加速度就算出了月球在地球表面受到的重力。

然後根據離心力公式算出了月球的離心力，最後得出的結論是月球在地表的重力等於4325倍的月球離心力。

然後他又根據開普勒第三定律推出了平方反比公式。也就是這個超距力（引力）的大小和物體距離的平方成反比。

因為當時已知的地月距離是地球直徑的60倍，因此得出月球在地球表面的重力應該等於3600倍的月球離心力。當時牛頓所使用的資料包括月球的質量、距離、公轉週期都不是很準確。

他這樣一算有點懵了，這兩個數值不相等啊，當時他心裡就想也許這個超距作用力並不能解釋天體的運動。

然後就把這個問題擱置了。所以說在瘟疫期間牛頓根本就沒搞清楚引力是咋回事。根本就沒算到一塊。所以說就不存在蘋果神話。

牛頓在接下來的幾年雖然對這個問題有過思考，但是他還是喜歡鍊金術，在科學上相比於引力問題，牛頓也更喜歡做光學實驗，所以可以說他的工作重心就沒在引力上。

讓牛頓重新撿起引力問題是在1679年胡克給牛頓的來信中，表露出了他也在研究這個問題，我們知道牛頓和胡克兩個人因為光學問題結下了樑子，這兩個人可以說是命中相剋，眼裡誰也容不下誰。

所以說胡克的來信就刺激到了牛頓，在接下來的幾年裡牛頓就對引力問題重新做了思考和計算。當然這個計算結果已經離真理非常近了，但可能還存在一些問題。

而直接導致牛頓萬有引力誕生的人是埃德蒙·哈雷。

哈雷比牛頓能小個十來歲，但這時的哈雷已經是牛津大學的天文學教授，他主要研究的目標就是彗星，他想證明歷史上人們觀測的好幾次彗星記錄其實都是一顆彗星的迴歸。

但是面對彗星如此奇怪的軌道犯了難，其實當時哈雷、胡克等人已經知道了行星受的力與距離成平方反比的關係。也就是說他們透過開普勒第三定律也同樣推匯出了這個結果。

但是他們的數學能力不行，無法做出嚴格的數學演繹和推導過程，因此無法證明平方反比力必定會導致行星以橢圓軌道繞太陽執行。

因此哈雷只能到劍橋拜訪牛頓，牛頓的數學能力那是出了名的好，哈雷問牛頓：假如行星受到的力，與其距離的平方成反比，那麼行星的軌道是何種曲線？

牛頓當時就脫口而出，肯定是橢圓，我已經算出來的。牛頓當時說自己的演算結果丟了（他自己覺得算的有問題），但是給哈雷保證能立即重新算出來把結果發給哈雷。

就這樣，在哈雷的推動下，牛頓覺得自己的想法沒有錯，他一開始透過鍊金術的直覺相信的超距作用力沒有問題。

接下來的三個月牛頓把自己最愛的鍊金術也扔下了，爐子也不燒了，這三個月牛頓像是開了掛一樣，透過嚴謹的數學演繹，嚴格的證明了任何做橢圓軌道運動的天體都會受到一個與距離呈平方反比的力，當然受平方反比力的物體必定做橢圓運動。

哈雷看了以後驚歎牛頓神一般的數學能力。

而且牛頓還用自己發明的微積分證明了萬有引力公式的r，是兩個天體中心之間的距離。

在哈雷的支援下，牛頓在1687年發表了他的成果，就是那本曠世鉅著《自然哲學的數學原理》。這是人類歷史上第一套完整的自然科學理論，也人類歷史上第一套完整的力學體系。

牛頓也是人類歷史上第一次用更基礎、更深刻的科學規律推匯出了當時已知的所有經驗規律，萬有引力結合三定定律，完全可以推出開普勒的三大定律。

也解釋了開普勒三大定律遺留下的問題，讓人們知道了行星運動背後更加本質的原因。

當然哈雷也利用牛頓的理論完成了自己對彗星軌道引數、週期的精確計算，跟哈雷猜測的一樣，人類在1682年、1607年、1531年發現記錄的彗星確實是同一顆。

而且利用牛頓理論預言了這顆彗星將在1758年12月25日迴歸。這就是有名的哈雷彗星。預計下次迴歸在2062年。

這就是牛頓萬有引力誕生的過程，不僅有前人的努力和墊底，還有他鍊金術的一些直覺，而且也花了牛頓整整20年的時間，一顆蘋果能砸出引力理論？這你敢信？

那牛頓晚年為何要編造這個神話呢？前文說了，在牛頓發現萬有引力的過程中，其他的科學家也在研究，畢竟平方反比力當時不僅是他一個人推出來了。

而且牛頓本人和別人、尤其是胡克互掐貫穿了他的一生，因此晚年直接說他是在瘟疫期間被蘋果砸了以後發現的萬有引力，可以一勞永逸的解決後世的爭論。

其次就是牛頓本人自大、驕傲，比較喜歡自我美化，因此編造這樣的神話也很符合他的風格。

最後這樣的神話可以掩蓋他在研究計算萬有引力的過程中，受到鍊金術啟發這件事。一個蘋果就可以解決以上所有的問題。

牛頓一生都在掩蓋他的這種興趣愛好，他相信神秘的力量、相信上帝之手的存在。

就算是他的理論當時已經完美的解釋整個宇宙，但牛頓依然認為僅憑引力是無法保證太陽系運轉的，必定還有上帝之手的參與。