第八讲：苹果有没有砸到牛顿

1642年，一代科学巨匠伽利略在被教会囚禁10年后，在意大利黯然去世。

不到十二个月后，英国一个农场里，一个瘦小的早产儿出生。谁也不会料到，这个被担心能否存活的婴儿，在20多年后，会站在伽利略的肩膀上，提出运动三定律，成为比他还要伟大的科学家。

这个婴儿从小显示了对科学的兴趣，并于18岁进入了剑桥大学。

1665年，因为欧洲鼠疫猖獗，英国的大学关闭，22岁的他回到自己老家的农场躲灾。此后两年，他一个人埋头研究科学，在数学、力学和光学上获得了一系列震惊世界的研究成果。那时，他还不到25岁！

他就是牛顿。

在人类科学发展史上，有两个“奇迹之年”， 一个是1666年，一个是1905年。这里先讲第一个，1666年是牛顿作出重大发现的一年，后一个我们以后再说。 

中学物理课上讲到牛顿力学三定律。除了第三定律是牛顿原创之外，第一定律和第二定律都是牛顿在伽利略的研究基础上作出的总结和提升。

为了让大家理解这三个定律，我们用武侠小说里的片段，来看看成人童话的作者是如何与牛顿过不去、违反物理定律的。

牛顿运动三定律

牛顿第一定律讲的是：任何一个物体总是保持静止状态或者匀速直线运动状态，直到外力迫使它改变这种状态为止。

第一定律说明了力的含义：物体有惯性，这个惯性可以是静止，也可以是运动。力是改变物体状态的原因。

我们来看温瑞安的《四大名捕会京师》里的情节：

欧玉蝶大喝一声，双手一展，十二种暗器飞射而出。

就在欧玉蝶的十二种暗器将射未射的刹那间，无情的玉笛里打出一点寒光，“飕”的钉在欧玉蝶的双眉之间的“印堂穴”。

欧玉蝶所打出去的十二道暗器，立时失了劲道，纷纷失落。

欧玉蝶向名捕无情打出十二种暗器，无情只用一根后发先至的银针，当场取了他的性命。

无情的暗器后发先至并不奇怪，奇怪的是欧玉蝶已经打出的暗器，怎么会因为他的生命消失而突然跌落呢？惯性定律在这里失效了。

牛顿第二定律是说：物体的速度变化正比于所受的外力。

第二定律指出了力的作用效果：力使物体获得加速度。

我们来看金庸的《倚天屠龙记》。说的是张无忌本来打不过灭绝师太，但是，

突然间记起了九阳真经中的几句话：“他强由他强，清风拂山冈。他横任他横，明月照大江。”不论敌人如何强猛、如何凶恶，尽可当他是清风拂山，明月映江，虽能加于我身，却不能有丝毫损伤。

本来力气小的那位，只因为突然想起一段经文，练好了九阳真经和一口真气，居然可以抗住外力影响，外力再大也推不动。不知道在龙卷风里，张大侠会不会依然“清风拂山冈”？

牛顿第三定律说：对于每一个作用，总有一个等量反向的反作用，或者说两个物体之间的相互作用总是相等且反向的。

第三定律揭示出力的本质：力是物体间的相互作用。

我们来看古龙的《英雄无泪》里的这一段。

小高没有被她拖下去，反而又向上拔起，以右脚垫左脚，借力使力，又向上拔起丈余。

居然“右脚垫左脚，借力使力”，自己踩自己的脚可以飞得更高？

按照牛顿第三定律，左脚的力向上，右脚的反作用力向下，怎么能飞得更高？

上面三个例子，和牛顿的运动三大定律有关。

大家不要小看这三个定律，它相当于建立了一个公理体系，把当时地球上人们能看到的运动，量化了，变成了数学公式。而且，最重要的是，之后要讲到的万有引力，和这三个定律结合起来，就把天上人间的运动都搞定了。

牛顿发现万有引力的故事，和苹果是无法分开的。

有一种说法，牛顿在苹果树下思考时，被一只掉下来的苹果砸中脑袋，发明了万有引力。这样的故事充满了神奇，以至于广泛流传。

引力定律说的是：

任意两个物体通过连心线方向上的力相互吸引，引力大小与它们质量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比。

这个公式，实际上和开普勒第三定律是等价的！但是，它以更亲民的方式出现了。开普勒花了十年功夫，从第谷数据里找出来的无法解释的规律，牛爵爷居然三下五除二，让它改头换面，成了一个人见人爱的伟大公式。

实际上，苹果故事的真实版本是这样的：牛顿在搞明白力学的基本原理、运动三大定律和天体引力定律后，一直在思考它们之间的关联。

而历史上最有名的那只苹果，等到时机成熟的时候，刚刚，巧巧，砸了下来。牛顿看到苹果掉了下来，突然灵感迸发——苹果从挂在树上静止的状态，变成自由落体，运动改变了，速度增加了，按照第二定律，一定是有一个看不见的力拉着它砸向地面。

这个力，难道就是引力？它和地球与月亮之间的吸引力，是不是同一种力，遵循相同的规律？

为什么月亮受到地球引力而不掉下来？苹果受到地球引力就掉下来？

如果月亮不再绕着地球转，月亮会不会因为地球引力而掉下来？如果地球的引力突然消失，月亮会不会飞离地球而去？

如果我们扔一颗苹果，扔得特别远，速度特别快，苹果会不会就不掉下来，像月亮一样绕着地球转了？

现在回头来看，苹果有没有砸在牛顿头上已经不重要了，它敲开了一扇门：宇宙间上至天体运行、下至马车行驶，都可以用公式来求解。

引力的本质是什么？它为什么存在？这些更深层次的问题，要等下一位伟人爱因斯坦才能解释了。

牛顿，这位自称站在巨人肩上的科学巨匠，是个性格孤傲之人。有人问牛顿是如何作出科学发现的，他说：“靠长时间的冥思苦想。我让问题一直呈现在我面前，并且一直等待着，直到黎明一点点显露并最终变成白昼”。

对于潜心于科学研究、艺术创作、文字写作的人来说，灵感往往和孤独相伴。灵感是喜欢安静的，喜欢和你独处的。在你千万遍思索，千万遍推敲的时候，它会突然降临。灵感现身的刹那，它是属于你一个人的。此刻的快乐和喜悦，让所有的孤独寂寞得到了回赠。

在报刊上经常看到这样的说法：科学家要耐得住孤独寂寞。其实，“耐得住”三字已是落了下乘。真正做学问、做研究的人，会静静享受孤独，享受那些自由创作和灵感飞舞的美妙时光。

或许，只有同样享受孤独的人，才能懂得彼此的孤独和充实。

在牛顿构建了经典力学的物理学大厦之后，又有一位伟大的物理学家，造起了电磁学的宫殿。这是我们下一位要介绍的科学家法拉第。