牛顿发现世界的吸引力(艾萨克牛顿发现上帝创造世界的方法的那个人)

引言

美国学者麦克·哈特写了本书——《影响人类历史进程的100名人排行榜》。这本书是将古往今来的杰出人物,按照其影响程度做了个排序。

我们今天要聊的,是在这榜单里的一位科学家。

先说爱因斯坦,他排在第十位,而我们要说的这位科学家排在第二,你猜他是谁?

这位大神就是英国的艾萨克·牛顿爵士。

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艾萨克·牛顿爵士

对于牛顿,我们在中学时学物理是一定会了解的,但为什么他对这个世界会有如此大的影响呢?

简单来说,就是在牛神出生之前,人们只知道是上帝创造了这个世界,但在之后人们认为是牛神发现了上帝创造这个世界的方法。

你看着像吹牛?那就听我来给你先从一个苹果聊起。

万有引力和力学三大定律

牛神最有名的故事,就是苹果掉到脑袋上,然后他一个激灵发现了万有引力这回事。

故事很激动人心,可惜这不是真的。

诚然,牛神自己也常拿苹果落地来说事,但这是他将自己长期思考研究的成果,以一种形象化的方式表达出来。

就像爱因斯坦用美女和火炉来解释相对论一样,就是一个法门而已。

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苹果落地的启发

其实牛神之前的科学家们,通过观察行星的运动,已经能感知到引力的存在了。日心说就要求行星运动时,要有围绕太阳的向心力,否则早就各自跑路了。

但你说感觉有引力,和证明引力确实存在,这是国足和国乒的差别好吧。

牛神是从对力学和物体质量的研究中,推导出了万有引力。我们先复习一下中学物理的牛顿运动三大定律,看看有没有还给老师啊。

第一定律,也称为惯性定律:一切物体总保持匀速运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止。

它明确揭示了力的概念,即力是物体与物体之间的作用。

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第二定律:物体加速度的大小跟作用力成正比,跟物体的质量成反比,且加速度的方向跟作用力的方向相同。

大家可以注意到,这里出现了质量的概念。在牛神之前,人们搞不清重量和质量的区别。牛神第一次定义了质量,即密度和体积的乘积。

质量是物体不变的属性,放地球上和放太空里,质量是不变的,但重量就会因重力而异了。

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第三定律:两个物体之间的作用力和反作用力,总是同时在同一条直线上,大小相等,方向相反。

今天我们制造火箭的最基本原理,就是遵循牛神的第三定律。

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这三条简单的定律能干什么?它解释了我们在这个宏观世界里所见的一切运动。包括你小时候被爸妈追着打屁股,到长大了坐宇宙飞船去探索太空。

就如同古希腊数学家欧几里得用五条公设,就建立了几何学的大厦一样。古往今来的科学们都深信一点,就是在自然界中,最简单的才是最优美的。

牛神完成了三大定律和质量的研究,并且严格证明了万有引力定律。他将这一重大发现写在了一本旷世奇书中,就是《自然哲学之数学原理》。

可以说,人类历史因为这本书的出版而划分为两个时代,之前是蒙昧、迷信的,之后是崇尚理性和科学,才有了我们今天看到的这个世界。

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《自然哲学之数学原理》

数学

发现力学三大定律与万有引力定律,仅是牛神的成就中最为人所知的,在其他科学领域里,牛神仍然是祖师爷级的人物。

如今理工科的同学进了大学都要学《高等数学》,不知道你们微积分学得咋样,期末考试前记得拜一下牛顿保佑不挂科哈。

没错,微积分就是牛神发明出来的。他为了研究运动速度的问题,就创造出了微积分这个数学工具。

有了这个工具,牛神就精确地证明了引力和距离的平方成反比。

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古希腊数学家芝诺,曾提出过非常有意思的“芝诺悖论”。就是说距离可以无限分割,百米冠军永远追不上乌龟。

再看微积分里定义的无穷大和无穷小概念,这种动态变化的趋势就可以解释类似“芝诺悖论”这种问题。

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光学

牛神的光学功底有多强,我们只说一个例子就好。

牛神研究天体运动,需要好用的天文望远镜。那时主流产品还是伽利略发明的折射望远镜,看远了效果并不好。

牛神就全凭自己超强的理论基础,基于凹面镜反射原理,自己买镜片打磨出了40倍的天文望远镜。这个发明也让牛神当选了英国皇家学会成员。

现在我们人类拥有的最大的望远镜,詹姆斯·韦伯太空望远镜,它拍摄的最深邃的宇宙景观,也在近日发布出来。

我们得以领略宇宙最初的景象,而这架太空望远镜的原型依然是来自于牛神的发明。就问你服不服?

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詹姆斯·韦伯太空望远镜

平凡之神

还有其他惊世骇俗的成就就不一一列举了,因为就连同行都把他当神一样崇拜了。

同时代的法国数学家洛必达侯爵就曾问英国人,牛神也跟我们一样会吃喝拉撒睡么?

顺便说一下,我们高等数学课里的必考内容——洛必达法则,就是以这位侯爵大人命名的。

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洛必达侯爵

但牛神还是很谦虚的,他流传最广的名言就是“如果说我看得比别人更远些,那是因为站在巨人的肩膀上。”

其实牛神跟普通人没什么不同,爱理财,经常和同行打嘴仗,他和胡克、莱布尼茨等人就撕了一辈子。

到了晚年还痴迷于神学,留下一大堆没啥价值的手稿。但也许对于牛神来说,科学的尽头就是上帝吧。

1727年3月31日,将人类带入光明的牛神,安静地离开了这个世界。

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永远的牛神

英国诗人亚历山大·波普,为牛神写下这段墓志铭:“自然和自然律隐没在黑暗中;神说,让牛顿去吧!万物遂成光明。”

最后,引用牛神自己的一段话,看看他对自己成就的评价,也激励我们继续探索宇宙万物的规律吧。

“我不知道我可以向世界奉献些什么,但是对于我自己来说,我似乎只是像一个在海岸上玩耍的小孩子,以时常找到一个比通常更光滑的卵形石子或者更美丽的贝壳来自娱,而广大的真理海洋在我面前还仍然没有发现。”

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