牛顿的“万有引力”

牛顿的“万有引力”

说到万有引力，"苹果落地"的故事几乎家喻户晓-- 　　牛顿这天感到有些疲倦，就拿着笔记本到后院散步去了。 　　后院的苹果树上结满通红的苹果，在阳光的沐浴下格外好看。到太阳偏西时，牛顿头上的苹果被夕阳的余辉映得更加通红。 空中没有一丝风，院子里格外宁静。牛顿下意识地抬起头来看了看苹果，正巧一个苹果悄悄地离开树枝，巴嗒一声落到地上。 　　"苹果掉了。"牛顿轻轻地自言自语道，接着又陷入沉思之中。 　　突然，牛顿的眼里闪出奇异的光芒。 长期以来他冥思苦索的太阳、地球、月亮这些天体运动的问题，终于找到了解决的线索。 　　牛顿想："苹果落到地上，那是因为地球在吸引它。地球对苹果的引力就是在高山上，...全部

  说到万有引力，"苹果落地"的故事几乎家喻户晓-- 　　牛顿这天感到有些疲倦，就拿着笔记本到后院散步去了。 　　后院的苹果树上结满通红的苹果，在阳光的沐浴下格外好看。到太阳偏西时，牛顿头上的苹果被夕阳的余辉映得更加通红。
  空中没有一丝风，院子里格外宁静。牛顿下意识地抬起头来看了看苹果，正巧一个苹果悄悄地离开树枝，巴嗒一声落到地上。 　　"苹果掉了。"牛顿轻轻地自言自语道，接着又陷入沉思之中。 　　突然，牛顿的眼里闪出奇异的光芒。
  长期以来他冥思苦索的太阳、地球、月亮这些天体运动的问题，终于找到了解决的线索。 　　牛顿想："苹果落到地上，那是因为地球在吸引它。地球对苹果的引力就是在高山上，也不减弱。由此看来，地球的引力并无达不到月球的道理。
  " 　　牛顿继续思索着： 　　"月球时时刻刻都在朝地球掉落。在某种意义上，月球和炮弹相似--炮弹在地球的水平距离上一直是在下降的。" 　　"月球正是按照地球表面的曲率绕着地球掉落着。" 　　"月球和苹果一样，也在吸引着地球。
  任何物体，甚至宇宙空间中一颗小小的流星也对每个物体有吸引力。因此，当地球在吸引苹果朝它落时，苹果也在吸引着地球。只是苹果的引力太小，没有人能觉察到它。于是，看上去只是苹果在掉落。" 　　他想，当地球在吸引月球时，月球也在吸引地球。
  月球比苹果大得多也远得多，在绕地球旋转，旋转运动必然要产生很大的离心力，这样月球就会处在引力和离心力相平衡的轨道上运转着。出于这种考虑，牛顿又进一步研究离心力的作用规律，并且发现了离心力与物体运动速度的平方成正比和与距离成反比的离心力定律。
   　　从以上分析可以看出，众说纷纭的"苹果落地"导致万有引力定律的发明的说法，是人们在研究牛顿万有引力定律时的极为通俗易懂的一个例证。 　　1685年初，牛顿将万有引力定律完整地公诸于世。有了这个万有引力定律，一切天体的相互作用和运动规律都可以较容易地算出来，终于奠定了天体力学的基础。
  有了这个定律，一向神秘莫测的和神话般的天宇便成为可知的了。它的作用与地面上的一切物体的作用和运动都遵守同样的规律，使天上和地上的统一起来，使古往今来的自然哲学变成为科学。牛顿的这个重大贡献，使他逐渐被公认为最伟大的科学家。
   不过也有一些别的说法： 1。美国哈佛大学科技史教授柯亨不久前撰文，对苹果落地的故事表示怀疑。柯亨引证史料，说明牛顿走向万有引力理论的重大一步是在1679年末到1680年初。 1679年 11月24日，胡克写信给牛顿，向他介绍一种分析曲线运动的新方法。
  胡克聪明地看到，物体沿曲线轨道的运动有两个分量，一个是惯性分量，一个是向心分量。惯性分51量势必沿曲线的切线方向作直线运动，而向心分量则总是拉物体偏离惯性的直线轨道。月球运动的稳定轨道就是这两个分量互相匹配，使得月球既不会沿切线方向跑掉，又不会螺旋式地接近地球。
  笛卡儿认为物体作曲线运动只是运动物体企图逃离中心的力造成的，但实际上没有这样的力存在。胡克信中请牛顿对这个假设提出意见或评论。这个假设显然是牛顿后来把曲线运动分解为一个惯性分量和一个向心分量这种想法的入门。
  因为在此之前，牛顿还常常用笛卡儿的离心力来描述运动。胡克在信中还大胆提出，将行星吸向太阳的向心力大小，与两星之间的距离平方成反比。由于胡克缺乏牛顿的数学才能，因此他不能再往前进，不能由直觉的预感与猜想，飞跃到严格的科学结论。
  　 2。通古斯现象引发对牛顿万有引力定律严重挑战 　　注：本文译自2003年8月15日的俄罗斯《莫斯科共青团员报》。 　　1908年6月30日，一颗陨星在俄罗斯叶尼塞河的右支流通古斯卡河地区坠落，因而引发了一场灾难。
  何止是灾难！可以说是一次相当于氢弹级的爆炸，这种爆炸只有在核发动机出 现故障时才会发生。可遗憾的是，这次事件发生时没有目击者，事后经过多次考察，考察队却都无功而返，他们连一片陨石碎片也没有找到。
  几十年来，通古斯陨星和发生在原始森林的这次灾难一直成为人们争议和推测的对象，成了20世纪的一桩最大秘密。 　　今年6月30日，俄罗斯学术界对通古斯现象感兴趣的人员汇聚在一起，纪念陨星坠落95周年。
  在对这一特殊现象的众说纷纭中，加里宁格勒的科学工作者列昂尼德-阿尼斯特拉坚科具有自己独到的见解，其观点是对牛顿万有引力定律的严重挑战。 　　比在广岛投下的上千颗原子弹还可怕 　　“有一个速度极快、有着极大破坏能量的物体坠落在西伯利亚通古斯河的一个无人地区，其爆炸力在人类历史上绝无仅有，近700平方俄里的面积受损。
  据报道，其爆炸声在以西500俄里都能听到，连美国的西海岸都能感觉到地的晃动。英国地震监测站记录下接连而来的一次又一次如同地震的地下震动，而整个欧洲的夜空亮如白昼。” 　　这只是对所发生事件众多描述的一段。
  其他文献中还屡屡提到，其冲击波两次绕过地球，爆炸所产生的威力相当于投在广岛的500-2000颗原子弹。 　　不过，最让人感到吃惊的还不是其灾变的规模，而是所伴随的奇异现象。 　　不仅西伯利亚由于爆炸震动了一下，就连塔什干、斯卢茨克、梯弗里斯和德国耶拿的地震仪的指针也一阵猛跳动。
  有好几个昼夜，在俄罗斯和西欧上空都出现夜光云。即使是夏夜漆黑的高加索地区，白光直刺眼睛，夜里户外都能看书。在那些日子里，还有通古斯卡河地区发生爆炸后的一些日子，有几十颗火流星往地球上坠落，英国、中国、波罗的海沿岸一带和中亚地区，都能看见亮晃晃的物体自天而降。
   　　曾多次派出考察队去陨星坠落的地方进行考察，发现了不少至今也没能解释清楚的离奇现象。 　　在不同的地方，从地平线的各个不同角度，人们都看见了一个发光物体轰隆隆地从天上飞快掠过，它(或它们)跑的不是一个轨道，方向也不同，有的甚至方向恰恰相反。
   　　无论在坠落的地方，还是在周边地域，都没能找到其数量与灾难规模相当的陨星物体。原来以为会有上10万吨以上，结果只找到一些小小的铁蛋子，总重量也就2-3吨。 　　原始森林中在离震心半径为60公里的范围内也没看到有大片树木倒下的迹象。
   　　对所有这些不明不白的现象都得作出解释。既然看不到类似的陨星，于是各种议论便接踵而至。有人说是有一颗彗星扎进了地球。有人说是原子弹爆炸。如果这后一种说法成立，那就是说我们是在和地外智能打交道，因为地球智能几乎是在通古斯灾难40年后才发明的原子武器。
  如此说来，失事的不是“我们的”宇宙飞船？或者说这颗不安分的球状凝铁块是来自银河系外？要不就是从天鹅星座第61颗星发射的激光束引起的爆炸？或者是黑洞里的一粒重量达1千万亿吨的灰尘穿过了我们的星球…… 　　想法越是荒诞，就越是容易对目前的这种矛盾说法作出解释。
  自然科学副博士列昂尼德-阿尼斯特拉坚科却不一样。他在航空部门工作多年，和不少人一样，他也发现了通古斯陨星和自取消新闻检查后已让大家腻烦的不明飞行物有明显的相似之处。他得出结论：只要飞碟的事弄不清楚，通古斯的怪事也会搞不明白。
   　　排除了外星人的可能 　　在大家的脑子里，一提到不明飞行物就会联想到外星人的飞船。众所周知，这都是一些无稽之谈。 　　除了外星人，有人还从虚无主义角度试图去对不明飞行物作出解释，认为那都是杜撰，根本就不存在什么不明飞行物，说那只是一种大气现象，或者是视错觉。
   　　但是，有大量资料证明，不明飞行物是存在着的。只是谁要想解释清楚它们到底是怎么回事，就得说清楚伴随着“飞碟”飞行出现的诸多怪事。 　　它们往往是突然出现，随后又突然消失，而且速度极快。
  不明飞行物曲折前进，经常在任意一个角度变更飞行轨道。它们可以不受任何限制地悬挂在地球上空，大小和形状各有不同，有小到几厘米，也有大到几公里，有圆盘形和圆筒形，也有星形和无定形。不明飞行物经常射出一种光，有时是升得很高的光柱。
  “飞碟”可以发光和变换颜色。它们一旦在空中出现，电器和收音机都得断路，人和动物感到恐惧，失去了意志力。总之，这种怪事还可以举出不少。 　　阿尼斯特拉坚科认为不存在什么不明飞行物，只存在没有了解清楚的飞行物。
  不是不明飞行物有什么问题，而是人们对所观察到现象的认知还有问题。 　　发现牛顿的万有引力定律有欠妥之处 　　列昂尼德-阿尼斯特拉坚科在写博士论文的时候，研究了金属在宇宙中的附着(粘附)过程。
  通过在计算机上计算出原子之间相互作用的复杂模式，他得到了一个难以置信的结果：起作用的不是万有引力，而是推斥力。在弄清这绝不是什么数学上的错误，也不是计算机受病毒侵扰之后，他陷入了深深的沉思之中。
   　　科学家得出的结论使他对原来的研究工作失去了信心，因为宇宙中的物体并不是像牛顿所教导的相互吸引，而是互相排斥。在他对自己的猜测确信不疑之后，便中断了论文的撰写工作，全身心地投入到另一个万有引力概念的研究中去。
   　　列昂尼德-阿尼斯特拉坚科依旧认为牛顿是人类历史上的伟大科学家，所以要想对他的定律提出更正谈何容易。在阿尼斯特拉坚科看来，如果牛顿能生活在离我们比较近的年代，他一定会产生物体相互排斥的想法。
  而在他那个年代，他的这一发现无疑也是个突破。 　　如此说来，莫非世界的构造是另外一个模式？因为任何物体，只要不擎住，它一定会掉到地球上来(比如苹果掉到牛顿的头上)。如果不是地球的引力，那又是什么力让它往下掉呢？ 　　阿尼斯特拉坚科认为是整个宇宙环境的推斥力。
  为了更能说明问题，他甚至用了另外一个说法：“稍微地推一推。”星球和行星，整个宇宙都在共同对苹果施加一种推力，就是这种合成力促使苹果向地球方向运动。列昂尼德-阿尼斯特拉坚科还用数学方法证明，正是物体的相互排斥比吸引力使整个系统更趋稳定。
  当然，牛顿也没错，他没有骗人。他论述的万有引力原则只适用于太阳系，绝没有把它说成适用整个宇宙。只是在他死后，人们将万有引力定律说成具有普遍意义，没有任何根据地扩大了它的影响范围。正因为如此，天文物理学才走入了死胡同。
   　　今天就连孩子也知道宇宙在扩大。也就是说，星系在互相越飞越远，不断地增加彼此间的距离。但是，如果说有万有引力定律，星系应该靠拢才是，起码也应该是保持原来的距离。而如果它们互相排斥，那理所当然是相互远离而去。
   　　物理学家们为了千方百计抱住万有引力定律不放，于是使出了各种花招，将天文学最新发现的一些事实也拉了过来，于是便产生了“黑洞”学说，称它们多得不得了，并把物质吞没。虽说谁也没见过“黑洞”，可把这种靠不住的假说“强拉来”当成理论。
  经验主义天文物理学同万有引力定律的这些类似的不对接情况多得数不胜数。 　　如果用“稍微推一推”来代替引力，那一切就好办多了。整个宇宙在千方百计将邻近的物体距离拉近，可它们与此同时却想靠推斥力朝不同方向飞去，而不让互相坠落在一起。
   　　通古斯的不明飞行物飞向太空 　　被列昂尼德-阿尼斯特拉坚科作为一种新假说基础的推斥原则让人能自圆其说地论述这种不明飞行物现象。 　　在地球周围，除了月球之外，还有许许多多的小卫星。
  在彗星和小行星环绕地球飞行的时候，由它们产生的重力摄动――现在我们将把它视为推斥力――会迫使其中一部分小卫星坠落到地球上，成为火流星。 　　一进入大气层之后，火流星(一颗又大又亮的流星)开始变热起来。
  由于受到加热，正面的表面有电子流失，于是流星发生极化：正面的表面带有正电荷，背面是负电荷。在飞行物体和地球之间产生了静电引力。就像人们常用的塑料梳子，用它们梳过几下头之后，它们便能吸附一些小纸屑。
   　　由于越来越靠近地球，电势就会不断增长，很有可能就会像通古斯陨星一样发生击穿和火流星朝地球放电等现象。被击穿之后，力量的平衡被打破，现在已经是地球和飞行物体之间的推斥力大大地超过宇宙的“推力”，于是流星在这个力量的作用下以加速度返回太空。
   　　在个别情况下，静电力可以让火流星停在半空中，这就是不明飞行物悬挂在空中的道理，以致使电流断路，收音机发生故障，使人和动物发生恐慌。因为目标的运动像滑冰一样是无惯性，所以只需稍稍一些推力，身体便能轻如飞燕。
  这就是为什么“飞碟”会快速离开原地又马上改变飞行轨道的原因。根据阿尼斯特拉坚科的假说，所有的不明飞行物都是被挤到地球大气层来的小卫星，它们的行动毫无理性可言。但有时候人们却倾向于认为，这些发光的目标在追踪飞机、汽车、人和动物，说明它们是蓄意所为，虽说这充其量不过是带电的物体在跟随处在最近距离的质量而已。
   　　其实，人们称之为通古斯陨星的只是被当时飞过的恩克彗星以及哈雷彗星的“同路人随从”推到地球跟前来的石块流，所以目击者称他们所看到的陨星飞行的方向和角度都有所不同。那些最大的石块撞到地上，释放出电荷，于是引发一连串震撼整个原始森林的爆炸和离现场700公里都能看到的火柱。
  爆炸过后，由于推斥力大于静电引力，这些太空的漂泊者又都回到了太空。目击者所言的分歧便源于此：有一些人是看见陨星飞向大地，另一些人看见的是火流星返向天空。通古斯的这起奇事并不是绝无仅有，虽然在类似的现象中规模最大。
  10多年前，一声剧烈的爆炸震撼了俄罗斯萨索沃整个小镇，那里也同样看到了陨星之类的东西。去年，一颗硕大的陨星从俄罗斯伊尔库茨克州上空掠过，人们都在寻找陨星的残留物，可是未必能够找到。 　　如果科学界承认阿尼斯特拉坚科的假说，照科学家看来，对万有引力的新观点定会有助于创建一门全新的航天学：宇宙飞船要克服的不再是万有引力，而是“充分利用”它。
  飞机、航天站和潜水艇也不用再担心不明飞行物捣鬼。如今有三分之二的飞船在飞往金星的途中失踪，而眼下人们正在准备飞往火星。人为的漂浮――悬浮在空中――很快将变得和乘公共汽车一样随便，宇航员的失重感也将变成家常便饭，在此基础上将诞生一些全新的地面，更确切地说是空中的交通工具。
   　　至于对牛顿，人们是否会对他的评价有所修改呢？是否会改称他为宇宙空间引力-推力定律最早理论的鼻祖？这就得等待时间来说话了。（萨维利·卡什尼茨基/文 小薇薇/编译） 。收起