牛頓二十三歲時,登革熱流行于巴黎,劍橋學院為防治中學生受傳染,通告中學生退學回去避疫,中學暫時關掉。牛頓回到家鄉林肯郡鄉下。在鄉下渡過的退學日子里,他從沒間斷過學習和研究。萬有引力、微積分、光的剖析等發明的基礎工作,都是這個期間完成的。
關于牛頓萬有引力定理的小故事
1642年新年節的夜晚,牛頓誕生在德國北部林肯郡沃爾斯索普村。在他出生前的幾個月,母親就病逝了。他還是一個足月兒,好多人都害怕他長不大。但他在長大成人后,成了一位科學的巨人。1665年,巴黎發生了霍亂,中學罷課,還是牛津學院中學生的牛頓被迫回去躲避瘟疫。這一年,他23歲。
不過,在家的牛頓并不是無事可做,而是仍然在梳理學院學習中遇到的種種疑點。他不停地思索著光的秘密牛頓關于物理的故事,天空的秘密,物理王國的秘密。在家退學的一年半的時間,是牛頓一生中大豐收的季節。光的色散現象,微積分,萬有引力定理等,都是他在這個時侯發覺的。
有三天,牛頓中午后走入后嘉園休息,在一棵蘋果樹下坐了出來,與他的同事史特克萊一起談著數學學中的各類問題。談著談著,樹上的一只蘋果似乎是煮熟了的緣故,猛然落下地來牛頓關于物理的故事,但是不偏不倚,剛好落在牛頓的身上。
牛頓倍感十分奇怪。他拿起蘋果,自言自語地說:為何這只蘋果不往對面掉,不往天上飛,偏偏要往下落呢?一定是哪些東西在吸引它。這么,又是哪些東西吸引了它呢?此后,牛頓進行了這樣的推論:吸引蘋果下落的可能是月球。可能蘋果受著一個力,這個力朝向月球的中心。月球的各個地方的物體,都受著地球的引力,這個引力的方向都奔向地心,因而,物體就會往地上掉。
牛頓又進行了大膽的聯想:假如一個人站在懸崖上,把一塊石頭輕輕地拋出,石頭都會落到不遠處的地上;假如他用的力更大,石頭都會落得更遠;若力量足夠大時,這石頭就將不再落到地面上,而是圍繞月球旋轉上去;要是月球沒有引力,這石頭都會朝著這個人拋出的方向照直航去。牛頓還想到,月亮以一定的距離繞月球轉動,就是由于月亮總是向月球下落的緣故。
引力猶如一頭拿在兒子手中、一頭拴著小石頭的繩子一樣,從孩子手中牽著小石頭滴溜溜地繞圈。經過一段時間的思考,牛頓恍然活潑:只要證明月球對地球的吸引力確實就是月亮繞月球運行所需的向心力,這么各類恒星間都有互相吸引力的推論就是正確的了。結果,牛頓通過反復估算證明了引力的存在。
萬有引力定理的內容
萬有引力定理是牛頓在前人研究基礎上,于1687年在《自然哲學的物理原理》上發表的。牛頓敘述的內容是:自然界中任何兩個物體是互相吸引的,引力的大小與兩物體的質量的乘積成反比,與兩物體寬度離的平方成正比。
假如用m1、m2表示兩個物體的質量,r表示它們間的距離,則物體間互相吸引力(萬有引力)F=Gm1m2/r2(其中G稱為萬有引力常數也可簡稱為引力常數)
G由卡文迪許使用扭秤裝置測出,其值約為6.67×10^-11N·m2/kg2。