1687

研究人员：

艾萨克·牛顿

研究领域：

力学

结论：

在没有外力作用的情况下，物体将保持静止或匀速直线运动

“苹果砸头”的故事是真的吗？

牛顿运动定律

1665年，剑桥大学因瘟疫而暂时关闭，艾萨克·牛顿回到了家乡。这段时间里，这位孤独的思考者做出了一生中最重要的科学发现。

传说牛顿住的房子前面有一棵很老的苹果树——他看到苹果从树上落下——于是他想到，一定有什么力量把苹果从树上拽了下来，所以可以推测，地面会产生向下的拉力，其作用范围至少能延伸到苹果树顶。那么，这种拉力的效果能延伸到月亮上吗？如果能，它就将影响月球的运行轨道。这会是真的吗？

根据传说，牛顿一把拽过母亲的地契，直接在背面开始演算。他意识到，物体所在的位置越高，它受到的引力就越小，于是牛顿猜测，物体与地心距离的平方和引力成反比。他认为自己的计算结果“看起来很接近事实”。牛顿还进一步推测，其他绕轨运动的天体之间也存在同样的引力，所以他称之为“万有引力”。

不过在接下来的十多年里，牛顿并未对外公开自己的发现。直到某一天，三位朋友——爱德蒙·哈雷、罗伯特·胡克和克里斯多佛·雷恩——像往常一样在咖啡馆里聊天，谈到彗星的运行轨迹时，他们展开了争执。胡克觉得自己能算出彗星绕太阳运行的轨道，结果却失败了。

访问剑桥

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哈雷是牛顿为数不多的朋友之一。1684年，哈雷前往剑桥拜访牛顿时谈到了彗星轨道的问题，如果天体之间的引力与距离的平方成反比，那么彗星运行的轨迹会是什么样的？牛顿立即回答，应该是一条椭圆形轨道。这个答案之所以会脱口而出，是因为他早就算过——不过接下来他马上发现，原始的演算草稿居然找不到了。于是他答应重新算一遍，再把结果寄给哈雷。

同年11月，牛顿完成了这篇论文——《论天体的轨道运动》，他在文中解释了引力与距离平方成反比的理论。1687年，牛顿不朽的巨著《自然哲学的数学原理》出版发行，人们通常简称为《原理》。

这部艰深的著作用拉丁文写成，书中不光介绍了平方反比公式和万有引力，还提出了我们今天熟知的牛顿三大运动定律，由此奠定了经典力学的根基。

苹果的故事

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威廉·斯蒂克利是一位古文物研究者——他醉心历史，热爱考古，为巨石阵的研究做出了巨大的贡献。除此以外，斯蒂克利还是牛顿的好朋友，他为这位伟大的科学家撰写了第一本传记。在这本书里，斯蒂克利生动而骄傲地记录了发生在1726年4月15日的一场对话：

“我前去拜访艾萨克·牛顿爵士……并和他一起待了一整天。那天的天气很好，晚饭后我们来到花园里，坐在苹果树下喝茶。牛顿告诉我，他之所以会想到引力的概念，最初的灵感来自树上掉落的苹果。苹果为什么总会垂直掉到地上，而不是向上飞、向左向右运动，或者沿斜线落地呢？”

斯蒂克利继续写道，这些问题“在他的脑海里盘旋”，“于是他反复思考，最终发现了万有引力和引力的作用机制；接下来，他开始运用这些规律来解释天体的运动和物质的聚合，由此发现了宇宙哲学的真正法则”。

1727年，牛顿的助手约翰·康杜特在他撰写的牛顿传记中同样提到了这件事：“1666年，牛顿再次离开剑桥，回到林肯郡的母亲家里。有一天，他满怀心事地在花园里散步，看到苹果后突然想到，引力不仅仅作用于地面上的这一点空间，它的延伸范围比我们通常以为的要远得多。”

所以，牛顿至少给两个人讲过苹果的故事，不过这时候距离事件发生已经有60年了，也许这个故事只是他随便编的。

他为什么要编造这个故事？

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根据牛顿留下的信件我们可以推测，在1682年之前，他一直认为行星绕太阳运行的轨迹是一个巨大的旋涡，就像从排水孔流出去的水一样。这套理论最早是笛卡儿提出的。不过到了1682年，哈雷彗星的出现推翻了笛卡儿的假设，因为它运行的方向与其他行星完全相反。

1674年，胡克就曾提出引力的概念，也几乎完成了相关的数学计算。牛顿绝不肯承认胡克能在任何事情上胜过他，也许正是出于这个原因，他才编造了发生在多年前的苹果的故事，来证明自己在1666年就想到了引力的概念，比胡克早得多。