苹果砸出万有引力定律

第二年夏天，牛顿坐在庭院的苹果树荫下乘凉。

山丘上吹来的微风，拂弄着牛顿的金发。他惬意地坐着眺望从小就看熟了的景色。

“啪！”在他眼前落下了一个苹果。

“真直啊!”对于这种理所当然的事情，竟然会产生这种念头，牛顿也自觉奇怪。其实是他对于自由落体运动，在不知不觉间有新的观点在脑海中萌发了。

“苹果是向地球中心坠落的。”从几何学的角度来看，把苹果和地心连成一直线是合理的。但从物理学却是说不通的。

“为什么苹果会向地心方向坠落?”这是个难题。从问题的性质来说，是可以用证明解决的。用单纯的三段论法可以这么说吧：

一、某物体为他物体所吸引，则向该方向运动。

二、苹果向地心方向运动。

三、所以，地心吸引苹果。

这就是牛顿的证明结论。但地心只是一个点而已，说点能吸引苹果坠落很奇怪，所以牛顿就想到一切物质都存有引力。以地球来说，他认为地球各部分的引力集中于地心。牛顿此时又推论，如果说地球吸引苹果的话，那么苹果也在吸引地球。他把苹果和地球同等的视为物质。如此推想得到的结论是，物质吸引物质的力弥漫在整个宇宙。这就是发现万有引力的思想萌芽。

牛顿心里正在建立一个不变的原则，物理学上的真理非用数学的词语表示不可。不做到这一点，牛顿是不满足的。

“这个苹果在月球上的话，也会直落下来吗?”万里晴空中，一轮明亮的月悬挂在天际。牛顿想月球上的苹果，不直落于地球表面，而一定直落于月球表面。牛顿又想，月球上的苹果直落于地球的话，月球也一定会落到地球上来。

但是，月球为什么不落到地球上来呢?月球和苹果都是物质，一个落下，另一个却不落下，那就不公平了。神不会不公平的。他碰到这一难题，想来想去地想到头痛。月亮似乎也在天上看着这个烦恼的青年。这段时间，萦绕在这个大学生头脑里的都是月球和重力的关系问题。

一个满月的夜晚，牛顿兴奋地拍了一下大腿，他想通了。起初，牛顿一直在想苹果要拿到多高才不会落到地面，又觉得把苹果拿到像月球那样高才不会落下的想法是可疑的。

玉盘一般的月亮，不觉间向南移转。可是月亮的大小与初升上东方天空时一模一样。正是因为月球在转，所以大小才会一样。如果月球不绕着地球转，月球就会离开地球，飞向宇宙的另一边，那么月球就会越来越小。月球不落到地面上来，不是因为在高的地方，而是因为绕着地球在旋转。即使是苹果，不必拿到月球那么高，只要能让它绕着地球旋转，也就不会落到地面上来了。

表面上，物体的落下有两种。苹果离开树木后的运动是落下这种落下是掉到地上。月球的运动也是落下，在这种情况的落下中，月球不落在地面上，而是与地球保持一定距离，绕着地球旋转。但是，月球仍是在落，如果月球不是在落，该会停止圆周运动，渐渐远离地球而去。

地球吸引月球和吸引苹果的力有多大的不同呢?天体的引力与距离有什么样的关系呢?在这个不断想象的大脑中，从苹果向月球，再从月球向一般天体，做了三级跳。这绝不是盲目的想象，而是受到开普勒的引导。关于行星的运动，开普勒发现了三条有名的定律，其中之一是：“行星公转周期的平方，与该行星和太阳间距离的立方成正比。”以地球和水星为例。与太阳的平均距离，地球是水星的二点六倍，其立方约为十七。地球的公转周期是水星的四点一倍，其平方约为十七。只要这两个数字同为十七，开普勒定律就成立了。

天体引力的大小，到底与距离有怎样的关系呢?

出现在计算公式中的符号，是牛顿自己发明的。公式就是牛顿在前年秋天发明的微积分的新算法。

行星在轨道上运动时，稍微前进，方向就变化，是因为曲线运动的关系。微积分是可以计算这种流动的量的数学。牛顿把自己独特的数学应用到开普勒定律，结果证明太阳引力和太阳到行星的距离的平方成反比，则行星的运动即合乎开普勒定律。

月球是以多大的速度落向地球呢?

牛顿能易如反掌地计算出月球一分钟之间落下的距离。月球围绕地球运动一周的时间——公转周期是已经知道的，月球和地球的距离也已知道，因此计算起来非常容易。但令他没想到的计算结果竟然不对。

在庭院中研究引力的牛顿塑像

事实上，牛顿计算出的数据之差，是由于观测地球大小数值的不正确所致，弄对这一点是很久以后的事了。