蘋果砸出萬有引力定律

第二年夏天，牛頓坐在庭院的蘋果樹蔭下乘涼。

山丘上吹來的微風，拂弄著牛頓的金發。他愜意地坐著眺望從小就看熟了的景色。

“啪！”在他眼前落下了一個蘋果。

“真直啊!”對於這種理所當然的事情，竟然會產生這種念頭，牛頓也自覺奇怪。其實是他對於自由落體運動，在不知不覺間有新的觀點在腦海中萌發了。

“蘋果是向地球中心墜落的。”從幾何學的角度來看，把蘋果和地心連成一直線是合理的。但從物理學卻是說不通的。

“為什麽蘋果會向地心方向墜落?”這是個難題。從問題的性質來說，是可以用證明解決的。用單純的三段論法可以這麽說吧：

一、某物體為他物體所吸引，則向該方向運動。

二、蘋果向地心方向運動。

三、所以，地心吸引蘋果。

這就是牛頓的證明結論。但地心隻是一個點而已，說點能吸引蘋果墜落很奇怪，所以牛頓就想到一切物質都存有引力。以地球來說，他認為地球各部分的引力集中於地心。牛頓此時又推論，如果說地球吸引蘋果的話，那麽蘋果也在吸引地球。他把蘋果和地球同等的視為物質。如此推想得到的結論是，物質吸引物質的力彌漫在整個宇宙。這就是發現萬有引力的思想萌芽。

牛頓心裏正在建立一個不變的原則，物理學上的真理非用數學的詞語表示不可。不做到這一點，牛頓是不滿足的。

“這個蘋果在月球上的話，也會直落下來嗎?”萬裏晴空中，一輪明亮的月懸掛在天際。牛頓想月球上的蘋果，不直落於地球表麵，而一定直落於月球表麵。牛頓又想，月球上的蘋果直落於地球的話，月球也一定會落到地球上來。

但是，月球為什麽不落到地球上來呢?月球和蘋果都是物質，一個落下，另一個卻不落下，那就不公平了。神不會不公平的。他碰到這一難題，想來想去地想到頭痛。月亮似乎也在天上看著這個煩惱的青年。這段時間，縈繞在這個大學生頭腦裏的都是月球和重力的關係問題。

一個滿月的夜晚，牛頓興奮地拍了一下大腿，他想通了。起初，牛頓一直在想蘋果要拿到多高才不會落到地麵，又覺得把蘋果拿到像月球那樣高才不會落下的想法是可疑的。

玉盤一般的月亮，不覺間向南移轉。可是月亮的大小與初升上東方天空時一模一樣。正是因為月球在轉，所以大小才會一樣。如果月球不繞著地球轉，月球就會離開地球，飛向宇宙的另一邊，那麽月球就會越來越小。月球不落到地麵上來，不是因為在高的地方，而是因為繞著地球在旋轉。即使是蘋果，不必拿到月球那麽高，隻要能讓它繞著地球旋轉，也就不會落到地麵上來了。

表麵上，物體的落下有兩種。蘋果離開樹木後的運動是落下這種落下是掉到地上。月球的運動也是落下，在這種情況的落下中，月球不落在地麵上，而是與地球保持一定距離，繞著地球旋轉。但是，月球仍是在落，如果月球不是在落，該會停止圓周運動，漸漸遠離地球而去。

地球吸引月球和吸引蘋果的力有多大的不同呢?天體的引力與距離有什麽樣的關係呢?在這個不斷想象的大腦中，從蘋果向月球，再從月球向一般天體，做了三級跳。這絕不是盲目的想象，而是受到開普勒的引導。關於行星的運動，開普勒發現了三條有名的定律，其中之一是：“行星公轉周期的平方，與該行星和太陽間距離的立方成正比。”以地球和水星為例。與太陽的平均距離，地球是水星的二點六倍，其立方約為十七。地球的公轉周期是水星的四點一倍，其平方約為十七。隻要這兩個數字同為十七，開普勒定律就成立了。

天體引力的大小，到底與距離有怎樣的關係呢?

出現在計算公式中的符號，是牛頓自己發明的。公式就是牛頓在前年秋天發明的微積分的新算法。

行星在軌道上運動時，稍微前進，方向就變化，是因為曲線運動的關係。微積分是可以計算這種流動的量的數學。牛頓把自己獨特的數學應用到開普勒定律，結果證明太陽引力和太陽到行星的距離的平方成反比，則行星的運動即合乎開普勒定律。

月球是以多大的速度落向地球呢?

牛頓能易如反掌地計算出月球一分鍾之間落下的距離。月球圍繞地球運動一周的時間——公轉周期是已經知道的，月球和地球的距離也已知道，因此計算起來非常容易。但令他沒想到的計算結果竟然不對。

在庭院中研究引力的牛頓塑像

事實上，牛頓計算出的數據之差，是由於觀測地球大小數值的不正確所致，弄對這一點是很久以後的事了。