 （每次听贝多芬的第九交响乐至第三乐章，总觉得他再向宇宙诉情，在苦劝宇宙不要那样冷酷——我以为宇宙对不起贝多芬，宇宙应该惭愧。——木心）
经典物理中，牛顿最大的贡献一个是牛顿三定律，另一个就是万有引力定律。而这两大定律奠定了整个现代物理学的基础。之前我们已经学习了牛顿三大定律，这次让我们踏上了解万有引力的旅程，这会是一次更加壮美的旅程，让我们迫不及待地出发吧。
我们已经系统学习了牛顿三定律，我想你对物理的探索过程有所了解。因为伽利略的理想斜面实验，让科学家逐渐认识到世界原本的样子是怎么样的；而我们的现实世界却是五彩缤纷的，背后的原因就是因为受到了外界各种各样的力，即自然万物之间的相互作用；自然万物之间的相互作用改变了物体原本单调的状态，让物体的状态从一个变到下一个，但是这种改变和物体本身的惯性质量有关，物体惯性质量与时间成反比，物体受力之后状态的改变的快慢可以用加速度进行衡量。以上就是牛顿三定律的基本全部内容，也是动力学的基本原理。我们之前学了运动学和静力学，加上加速度就够成了动力学。加速度是一个非常重要的物理量——它是连接起力与运动的桥梁，所以你需要深刻掌握它。我们如果知道一个物体所受的力，我们可以求得其加速度从而求其运动变化；我们如果知道一个物体的运动状态，我们可以求得其加速度从而知道其受力情况。所以牛顿第二定律是牛顿三定律中更核心的定律。伟大的发现都是因为一个人深刻的认识，牛顿三定律的发现就是因为牛顿对力与物体状态的深刻认识。这是人的大脑最高的理性思维——推理——才能完成的事情。爱因斯坦有趣地把科学的推理过程称为类似福尔摩斯的侦探故事。据《物理学史》说：牛顿在发现万有引力定律的那一段时间，废寝忘食，每天魂不守舍，在食堂吃饭，饭碗在前，他在发呆。去食堂吃饭，却走错了方向。一些老师在校园后的沙滩上散步时，看见了一些古怪的算式和符号。如果说牛顿三定律是相对比较简单的，那么我们今天要探索的万有引力定律就是比较难的。我这里的意思是发现万有引力及其定律的过程是相对困难的。所以说牛顿是当之无愧的历史上最伟大的科学家之一。你可以把牛顿三定律类比于爱因斯坦的狭义相对论，万有引力定律则正对于爱因斯坦的广义相对论。爱因斯坦说，“要是我没有发现狭义相对论，总有一天也会有别人来发现它;但是我认为，广义相对论的情况不是这样。”没有爱因斯坦，广义相对论可能要很晚被发现，万有引力定律也是如此的。
关于牛顿发现万有引力最著名的故事就是苹果砸到牛顿头上，从而引发了牛顿强烈的好奇心——好奇苹果为什么只掉在地上而不掉到宇宙去。不管故事真假与否，苹果掉落的故事很好的引出了关于探索万有引力的问题。直到今天，如果你要学习万有引力，也请你思考一下苹果为什么从树上掉落？而且为何不掉到天空上去？大家可能会回答苹果熟了自然会从树上掉落，至于第二个问题大家会说一直本来就如此。这样的回答只能说你想的还不够深不够用力不够科学。牛顿发现万有引力肯定受到了开普勒三定律的启发。在牛顿之前，人们一直有观察和记录宇宙天文现象的习惯，第谷是最伟大的记录者，他记录的数据相当精确严密。第谷死后，他的学生兼助手开普勒获得了这些第一手资料。开普勒擅长数学计算，经过不懈的计算，终于总结出了三条关于行星运动的定律，这就是开普勒三定律。开普勒三定律是开普勒用笔算出来的定律，它是牛顿力学之前最伟大的发现之一。
开普勒第一定律（椭圆轨道定律）：所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。开普勒第二定律（面积定律）：对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。开普勒第三定律（周期定律）：所以行星轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。如果你用上面定律的数学形式去做推导，一定可以推出牛顿的万有引力定律来的。我们这里不做推导，并不是因为数学推导有多难，而是大家对数学语言有所抗拒，大家其实把数学有时候可以当作英语那样的学科可能会感觉舒服点。不做推导在这里其实还是一件好事，我想牛顿当初刚开始发现万有引力定律时也不是因为对开普勒三定律的推导。开普勒三定律给牛顿了灵感，牛顿经过不断的努力思考最终想明白了背后的机制，于是发现了万有引力定律。这个过程，你现在也可以感受体验一下。万有引力定律：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比。万有引力定律是牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中首先提出的。牛顿利用万有引力定律不仅说明了行星运动规律，而且还指出木星、土星的卫星围绕行星也有同样的运动规律。他还解释了彗星的运动轨道和地球上的潮汐现象。根据万有引力定律成功地预言并发现了海王星。万有引力定律出现后，才正式把研究天体的运动建立在力学理论的基础上，从而创立了天体力学。
万有引力的发现，是17世纪自然科学最伟大的成果之一。它把地面上的物体运动的规律和天体运动的规律统一了起来，对以后物理学和天文学的发展具有深远的影响。它第一次揭示了自然界中一种基本相互作用的规律，在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑。而且万有引力定律的平方反比启发了后来发现的静电力公式。当时牛顿提出了万有引力理论，却未能得出万有引力的公式，因为公式中的“G”实在太小了，因此他提出：F∝mM/r2。直到1798年英国物理学家卡文迪许利用著名的卡文迪许扭秤（即卡文迪许实验）较精确地测出了引力恒量的数值。卡文迪许是一位典型的物理学家，性格孤僻，很少与外界往来，终生未婚，毕生致力于科学研究。他在化学、热学、电学、万有引力等方面进行过许多成功的实验研究，但很少发表，过了一个世纪后，麦克斯韦整理了他的实验论文，并于1879年出版了名为《尊敬的亨利·卡文迪许的电学研究》一书，此后人们才知道卡文迪许做了许多电学实验。
关于万有引力的奇妙旅程就要结束了，但是故事感觉还是很神奇。牛顿因为类似苹果掉落的现象产生了好奇，也曾经受到开普勒三定律的影响，然后通过自己不断的思索终于搞明白了现象背后的机制，发现了万有引力定律。但是我想告诉你的是，事情就是这样的。科学探索的过程就是因为好奇，发挥自己的想象力，不断思考、思考、再思考的过程。这个过程，数学推理会帮助你的思考。所有了不起的发现都不是一件容易的事情，需要你付出不懈的努力。
牛顿发现引力的故事结束了，但是关于引力的故事才刚刚开始。关于万有引力定律，首先要说明这几个问题：第一，万有引力定律中的质量是引力质量，和之前牛顿第二定律的惯性质量是不一样的东西；第二，让牛顿遗憾的是，他一直没能解释清楚两个有质量的物体之间为什么会有引力？第三，引力传播是一种超距作用，可以在瞬间传播至任意远处，还是引力传播需要一定的时间？引力传播的速度是多少？第一第二个问题是爱因斯坦的广义相对论要解决的问题，而且爱因斯坦的广义相对论给了完美的回答。第三个问题至今未解。
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牛顿世界观第1篇：科学导论
牛顿世界观第2篇：思维方法和行动准则
牛顿世界观第3篇：世界原本的样子——牛顿第一定律
牛顿世界观第4篇：力即相互作用——牛顿第三定律 牛顿世界观第5篇：科学思维和科学精神 牛顿世界观第6篇：改变从惯性开始——牛顿第二定律
牛顿世界观第7篇：运动状态的描述
牛顿世界观第8篇：物体的受力分析
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