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万有引力研究:牛顿与胡克结下梁子

归档日期:05-22       文本归类:胡克      文章编辑:爱尚语录

  (文/王尚)万有引力定律我们公认的是牛顿发现的,不过包括了很多人的心血,胡克的很多前期研究对这一定律的发现起到了决定性的作用。

  万有引力这条大自然基本定律的研究,除了牛顿外还集中了众多物理学家的心血。包括:开普勒,布里阿德,雷恩,胡克,哈雷;特别是胡克。可惜的是,在牛顿《自然哲学的数学原理》一书中,并未提及胡克的任何贡献。

  下面笔者带着大家,以时间顺序,把万有引力定律发现的主要事件和时间缕一缕:

  开普勒(J.Kepler,1571-1630)最早在探索行星运动规律时,认为引力就是太阳发出的类似于磁力的流,这些磁力流沿切线方向推动着行星公转, 其强度随离太阳的距离而减弱。开普勒还曾企图用磁作用机制解释椭圆轨道的产生。他还以月球与海水间的磁性吸引解释潮汐现象。

  1645年,法国天文学家布里阿德(I.Bulliadus)提出一个假设:“开普勒力的减少,和离太阳的距离的平方成反比”。这是第一次提出平方反比关系的思想。

  早在1661年,胡克就已觉察到引力和地球上物体的重力有同样的本质。在1674年的一次演讲“证明地球周年运动的尝试”中,他提出要在一致的力学原则的基础上建立一个宇 宙学说,为此提出了以下三个假设:“第一,据我们在地球上的观察可知,一切天体都具有倾向其中心的吸引力,它不仅吸引其本身各部分,并且还吸引其作用范围 内的其他天体。因此,不仅太阳和月亮对地球的形状和运动发生影响,而且地球对太阳和月亮同样也有影响,连水星、金星、火星和木星对地球的运动都有影响。第二,凡是正在作简单直线运动的任何天体,在没有受到其他作用力使其沿着椭圆轨道、圆周或复杂的曲线运动之前,它将继续保持直线运动不变。第三,受到吸引力 作用的物体,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赖于距离的问题,在实验中我还未解决。一旦知道了这一关系,天文学家就很容易解决天体运动的规律了。”胡克首先使用了“万有引力”这个词。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,牛顿致信胡克说:“自己关于发现周日运动的想象,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-椭圆”。1679年12月13日,牛顿写信给胡克说:“我同意你的意见,……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,而是以交替升降的形式运行。”

  我 们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,而且在这以前,关于万有引力问题已经有了许多重要结果。对于万有引力wuli.in问题,剩下的唯一问题就是在与距离平方成反比的万有引力作用下天体按椭圆轨道运行的严格证明,胡克写信向牛顿提出了这个问题。后来人们弄 清楚了,一直到1685年,牛顿还没有解决这个问题。1686年牛顿解决了它,并且在哈雷的催促下写出了《自然哲学的数学原理》一书。当胡克看到这本书稿 后,向牛顿提出把自己在这一方面的研究成果提一下,这个本来是合理的要求却遭到了牛顿的断然拒绝。牛顿向负责出版这本书的哈雷写信说他不想给胡克任何荣誉,而且称在许多年前他就已经揭示了平方反比定律。指的就是1665年开始的苹果树下的思索,至于这件事到底有没有,并没有任何人证。

  老年时的牛顿有一段回忆说:“同年(1666年)我开始把引力与月亮轨道联系起来,并找出了如何估计一个天体在球体内旋转时用来趋向球面的力的方法,……, 最后在1676和1677年之间的冬天我发现了一个命题:利用与距离平方成反比的离心力,行星必然环绕力的中心沿椭圆旋转,……。” 把牛顿的这段话与前面引的他与胡克的通信比较,可以看出在时间上是矛盾的。

  牛顿在这里把他发现万有引力的时间故意改写在1679年与胡克通信之前,而且造出苹果神话,其目的显然是为了要独吞万有引力这项成果。

  牛顿和胡克之间的梁子,不仅表现在对万有引力发明权的争议上,最早表现在胡克对牛顿的光的微粒说有不同的看法,因为胡克对光的本质是站在波动说一边的。 1675年,牛顿向皇家学会递交了他关于光的第二篇论文,这篇论文又受到胡克的批评,并且说论文的一些观点是抄袭他的。这使牛顿无比愤怒,虽经皇家学会调 解,牛顿的怒气未消,于1675年2月向胡克写了一封回击的信。信中说了与苹果故事流传得同样广的一句话:“如果我比笛卡尔看得更远,那是因为我站在巨人 们的肩膀上。”原文章作者王尚老师;许多人把这句话理解为牛顿的谦虚精神,其实它是对胡克的一种讽刺和蔑视,完全不是人们望文生义的那回事。牛顿的原话是:“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。” 牛顿不把胡克和笛卡尔看作巨人,牛顿也没有攀登他们所搭的梯子,他是站在比梯子更高的巨人肩膀上。由于牛顿与胡克的这种过节,所以牛顿的《光学》著作要等 到1703年胡克去世以后才于1704年出版。

  牛顿独占了万有引力的成果,还不足以解除对胡克的恨,当他于1703年被选为英国皇家学会的主席,就下令在皇家学会除去所有的胡克的肖像。所以当时英国许多著名的科学家中就是胡克的肖像没有留传下来。(/王尚)

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