【摘要】文章从牛顿发现万有引力定律角度入手，通过对万有引力发现的过程以及相关知识准备的分析，探讨了科学家与科学发现之间的关系。

【关键词】牛顿 万有引力定律 科学发现

【中图分类号】G633.7【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）46-0150-01

关于牛顿看到苹果落地发现万有引力的小故事，我们并不陌生，从小学课本到各种科普书籍大多都有描述，牛顿是被苹果打中头发现万有引力定律的：牛顿因学校躲避瘟疫放假回家，坐在家中后院的苹果树下思考，被一个熟透了的苹果打到了头，他想到为什么苹果不向上运动而是落到地上呢，于是发现了万有引力定律。

一、科学的发现只是科学家灵感的结果吗

类似的科学故事还有很多，如古希腊的阿基米德在浴缸里发现了浮力定律，他兴奋地居然忘记了穿衣服，赤身裸体地跑到大街上喊叫着“我发现了，我发现了”；伽利略在比萨斜塔做了一个实验，两个体积相同的木球和铁球同时从塔上下落，发现它们同时落地，反驳了亚里土多德理论，证明了自己的自由落体定律；瓦特发现烧水壶的壶盖被水蒸气掀开，然后他发明了蒸汽机，等等。

这些科学家献身科学的事例曾激励过我们的学习和思考。但是后来在一些更为专业的书籍中发现，伽利略从未做过比萨斜塔实验，在他的任何一本书中都没有这样的记录；牛顿被苹果砸头是伏尔泰在牛顿去世很多年后写出来的，之前没有任何记录证明确有其事；受到沸水顶起壶盖启发而发明蒸汽机也不是瓦特，而是英国人吴斯德侯爵二世，他早年因为政治原因坐过牢，在狱中看到蒸汽将壶盖顶起，出狱后发明了一种新型蒸汽机。

这些科学家的励志经历竟然都是子虚乌有的故事，当然科学故事不是不可以讲，但如果以此为真，容易造成普遍的负面效应，很多人会认为科学的发现是某些天才的科学家的灵感爆发，甚至有人认为生活中的科学家都是些精神不正常的人。而且这样的负面效应已经影响到社会的方方面面，比如动画片里，懒羊羊都会因为苹果砸头而产生超能力。这样的结果其实是起到了一个变相洗脑的作用，将科学研究与普通民众割裂开来。

那些伟大的科学的定律又是怎样发现的呢？通过牛顿发现万有引力定律的事例来分析科学发现的过程。

二、历史上对物体落地的不同解释与探索

苹果落地，实际上是物体下落的现象。在人类的历史长河中，不可能只有牛顿对这一现象进行思考，很多哲学家都对此进行了研究，却得出了截然不同的结论。古希腊时代，有些学者认为一切东西都向宇宙中心落下，这些人大多是“地心说”的支持者。亚里士多德就是这种观点的支持者，亚里士多德的落体理论认为：万物都有其指定位置，如果脫离原位，就要争取回去。石头落地是因为石头希望回到原来在宇宙中心的位置，而宇宙中心刚好和地球中心符合，或者几乎符合，并没有什么东西吸引它们。这种观念今天看来很荒谬，但由于亚里士多德的重大影响，那时却被学界普遍的接受。

直到1543年，哥白尼出版了他的恢弘巨著《天体运行论》提出了“日心说”。地球并不是宇宙的中心，这就从根本上推翻了亚里士多德的落体理论的基础。这也促使一些科学家进一步探索物体落地的原因。丹麦天文学家第谷经过三十年的天文观测，积累了大量的精确数据，几乎达到了肉眼所能观测到的极限。他的学生开普勒继承了第谷留下的宝贵材料，在探索行星运动规律时，通过大量科学计算进一步提出了引力的概念，并认为正是这种力量推动着行星的公转，其强度随离太阳的距离而减弱。开普勒在此基础上提出了著名的开普勒三大定律，为万有引力的发现打下了坚实的理论基础。

伽利略将重力概念按各种天体和地球作为对象加以区别，并在1632年发表《关于托勒密和哥白尼两大宇宙系统的对话》首次提出离心力和向心力的概念，表明伽利略已在考虑地球和天体的重力的统一性，地球运动是由太阳的引力引起的。1645年，法国天文学家布里阿德提出引力大小与距离的关系：开普勒引力的减少，和离太阳的距离的平方成反比。这时的万有引力定律已经呼之欲出了。

三、牛顿发现万有引力的过程

1661年，英国皇家学会成立了一个专门研究引力问题的委员会。胡克和牛顿的好友哈雷在引力问题的研究上都做出了重要贡献。

早在1874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并首先使用了“万有引力”这个词。但胡克并没有对这个概念进行定量的表述和论证。1684年，牛顿写出《论运动》的手稿，并寄给了他的好朋友哈雷。在这份手稿中，牛顿根据开普勒三个定律、从离心力定律演化出的向心力定律和数学上的极限概念和微积分概念，用几何法证明了椭圆轨道上的引力平方反比定律。万有引力定律终于成型了，而此时距离牛顿在家躲避瘟疫已经过去了近二十年的时间了。事情还远未结束，关于万有引力的常数G也一直是科学家计算的难题。1798年，卡文迪许做了著名的扭秤实验，由于他对扭称进行了多方改进，将误差降到了最低，从而推算出万有引力常量G的数值为6.754×10-11N·m2/kg2，已经非常接近现代的精确数值了。卡文迪许也利用这个实验成功测量了地球的质量和平均密度，成为“称量地球的第一人”。

四、结论

由上可知，牛顿发现万有引力定律并不是一个偶然事件，而是人类在漫长的历史长河中，通过不断知识积累，在否定或继承前人的研究成果中发展的一个典型案例。没有苹果，牛顿照样会发现万有引力定律，甚至没有牛顿，万有引力还是会被发现的，只是可能时间会推后一些。历史造就了牛顿，牛顿也创造了历史。牛顿是踩在巨人肩膀上的巨人！而且他并不孤独，在他的周围还有胡克、哈雷等众多的科学家，他们相互帮助又相互超越，在他们的相互竞争和合作中提升了人类认识世界的高度、广度和深度，促进了人类社会文明发展。

参考文献：

[1]斯蒂芬梅森.上海外国自然科学哲学著作编译组，译.自然科学史[M].上海：上海人民出版社，1977.

[2]吴国盛.科学的历程[M].北京：北京大学出版社，2011（2）.

作者简介：

郭一鹏（2001-），男，汉族，山东省滨州市沾化区人，沾化区第一中学在校学生，身份证号372325200109220×××。