牛顿和苹果的故事是真的吗?

很多介绍牛顿的书都有介绍牛顿和苹果的传奇故事:1665-1666年间,由于剑桥黑热病流行,学校被迫停课,刚从剑桥拿到学士学位的牛顿也回到了家乡。有一天,当牛顿坐在一棵苹果树下读书思考时,一个苹果掉了下来,这一下子给了牛顿灵感。但后来被专家发现,当时的苹果并没有砸到牛顿。而且牛顿画像牛顿(19)的日记里回忆说苹果没有砸到他。这位23岁的学生立刻想到,苹果一定是被地球引力拉下来的。经过多年的努力,他终于完成了万有引力定律的阐述、数学证明和公式推导。

这个故事流传很广,但是最近有一个历史学家提出了异议,他认为他说的并不真实。他的依据如下:

法国作家伏尔泰(1694-1778)首先公开了这个故事。他对牛顿的研究成果有极大的热情,并积极宣传。1726年,他去了英国,当年写了25篇通讯,其中15通讯提到了苹果落地的故事。他在文章中说,这个故事是牛顿的侄女告诉他的。这是1726。

后来在1752,有一个牛顿的朋友(威廉·斯图克雷),比牛顿小45岁。在他的回忆文章中,牛顿在去世前一年讲了这个故事,牛顿是在1727年去世的,也就是说,牛顿在1726年自己讲了这个故事。

所以历史学家指出,在同一年(1726),如果两个人都谈到了,谁先发言?所以,关于苹果的故事一定是编出来的。有人认为,这个苹果故事中至少有两件事与已经知道的历史事实不符:

第一,万有引力不是牛顿一个人的独立发现,而是历史上几个人逐步探索和研究积累的结果。有些书以牛顿命名万有引力定律,这是不能接受的。另外,说牛顿发现万有引力是受苹果下落启发的自然结果,显然是对历史的严重歪曲。第二,1665年,牛顿还没有完全理解天体的运动规律。如果我们承认了这个苹果的故事,岂不是相当于把牛顿发现万有引力的时间至少提前了20年?事实上,牛顿直到二十多年后才得出最终结论,完成了数学论证和公式推导。

持第一种观点的人认为万有引力定律的成就不能归功于牛顿,因为前人也有过探索和努力。他们指出,引力发现的实际过程大致是这样的:

首先,开普勒(J. Kepler,1571-1630)最早探索行星运动规律时,认为引力只是来自太阳的磁流,以切线方向推动行星绕转,其强度随着离太阳的距离而减小。开普勒还试图用磁力作用的机制来解释椭圆轨道。他还用月球和海水之间的磁引力解释了潮汐现象。

1645年,法国天文学家I . Bulliadus提出一个假说:“开普勒力的减小与距太阳距离的平方成反比”。这是第一次提出平方反比关系的思想。

1661年,英国皇家学会成立了一个专门委员会研究引力。罗伯特·胡克(1635-1703),克里斯托·莱伊恩(1632-1723),埃德蒙·哈雷(1656-1723)。据说早在1661,罗伯特·胡克就意识到了万有引力和地球上物体的引力应该具有相同的本质。

在1674的一篇演讲《证明地球年运动的尝试》中,胡克提出在一致的力学原理基础上建立宇宙学理论,并提出了以下三个假设:“第一,根据我们对地球的观察,所有天体都有对其中心的引力,这种引力不仅吸引自己的部分,也吸引其作用范围内的其他天体。因此,不仅太阳和月亮对地球的形状和运动有影响,地球对太阳和月亮也有影响,甚至水星、金星、火星和木星对地球的运动也有影响。第二,任何在做简单直线运动的天体,都会继续做直线运动,直到被其他力沿着椭圆轨道、圆或复杂曲线运动。第三,物体离引力中心越近,引力越大。至于这个力对距离的依赖程度有多大,我在实验中还没解出来。一旦知道了这种关系,天文学家就可以很容易地求解天体运动定律。”胡克首先使用了“吸引”这个词。他在这里提出的三个假设,其实是模糊地意识到了吸引力的一些特性,但是他还没有搞清楚引力和距离的关系。另外,他只是缺乏对引力的量化表达和论证。

1679年,胡克和牛顿交换了关于引力的想法。1679,11年6月,牛顿写信给胡克说,“我关于发现周日运动的想象是,如果一个自由落体落在地球上,毫无阻碍地穿过地面进入地球,它将沿着一个螺旋轨道运行。胡克回信说,这个物体不会以螺旋运动,而是以“带椭圆的曲线”运动,它的轨道会“像椭圆一样”。在1679 12 13上,牛顿写信给胡克说:“如果假设它的引力是均匀的,[物体]就不会以螺旋的形式下沉到真正的中心,而是以交替起伏的形式运动。"

从牛顿和胡克的通信中我们可以看出,牛顿直到1679才完全解决了落体引力的问题。他还在考虑物体重心偏心可能会使下落的物体在旋转的同时落向地心,虎克认为物体的轨迹应该是椭圆。从牛顿的角度来看,对于引力的问题,和距离的平方成反比是没有问题的。牛顿在考虑和质量的关系,重心偏心是否会影响重力。此外,还需要用数学知识严格证明天体在万有引力作用下沿椭圆轨道运动,并推导出万有引力定律的公式。胡克曾经在信中问过牛顿这个问题,希望牛顿完成这个定律的数学证明和公式推导。所以后来得出结论,牛顿直到1685才解决了这个问题。直到1686牛顿才最终解决,并在哈雷的催促下,将这部分数学论证加入到《自然哲学的数学原理》一书中。胡克先生看到这本书的手稿时,认为他也应该有所贡献,于是向年轻的牛顿建议,最好在书中提及他在这一领域的成就。后来有人愤怒地指出,这个原本合理的要求被牛顿断然拒绝。因为牛顿写信给负责出版这本书的哈雷,说他不想给胡克任何荣誉,说他在很多年前就已经知道引力及其与距离平方的反比关系。

晚年的牛顿曾回忆说:“同年(1666),我开始把引力和月球的轨道联系起来,发现了如何估算一个天体在球体中旋转时接近球体所用的力.....最后,在1676和1677之间的冬天,我发现了一个命题:利用与距离的平方成反比的离心力,牛顿的话指的是推导月球的轨道,寻找行星围绕太阳旋转的原因。有人说,对比他之前信中与虎克讨论的落体问题,可以看出时间上的矛盾:牛顿在1677年研究了月球轨道和行星轨道,但他直到1679年才研究质量对落体的影响,所以人们说牛顿在1679年与虎克通信之前,故意更改了他在这里发现万有引力的时间,并且做出了。

牛顿与虎克之争不仅表现在万有引力定律的争论上,还表现在虎克对牛顿的光粒子理论的不同看法上,因为在光的本质问题上,虎克是站在波动论一边的。1673年,年轻的牛顿向皇家学会提交了他的第一篇关于光的论文,后来他又提交了第二篇论文。这些论文受到了老先生胡克的批评,他说论文中的一些观点是抄袭他的。这使牛顿极为愤怒。虽然牛顿经英国皇家学会调解后仍很生气,但他还是在2月1675给胡克写了回信。信中说:“如果我比笛卡尔看得更远,那是因为我站在巨人的肩膀上。”很多人把这句话理解为牛顿的谦虚精神,而攻击牛顿的人认为这其实是对胡克的一种讽刺和蔑视,与人们对文学的期待完全不同。

“逆牛顿派”据此认为牛顿根本没有把胡克和笛卡尔当巨人来尊重,牛顿没有爬上他们建造的梯子。他说他站在比梯子更高的巨人的肩膀上。很明显,这句话是对虎克的人身攻击——虎克是短暂的。他们认为牛顿的《光学》之所以在1704年出版,是因为牛顿敢于在胡克死后出版他的书。

“倒牛顿”进一步指出,牛顿对万有引力果实的垄断并不足以消除他对胡克的仇恨。在1703当选皇家学会会长时,他下令将所有胡克的画像从皇家学会中移除。所以当时在很多著名的英国科学家中,胡克的画像并没有流传下来。