2020年1月4日 星期六

月亮與蘋果有何關係?


The Apple & the Moon Isaac Newton realized that the motion of a ...

牛頓真的是偉大甚至是史上最偉大的科學家。他發現了原來蘋果跌落地上的所謂地心吸力,即是月球在太空中被太陽牽引的引力...很偉大吧? 這個發現的引力,幫助牛頓解釋了為何有潮汐,及預測了海王星的位置...實在大了不起了!今天很多人覺得自己在單親家庭長大,所以不會有什麼大成就——這太錯了吧,牛頓的爸爸在他出世前三個月便死去,多麼令人傷心了,但牛頓也能成為最偉大的科學家。而他的媽媽在他出世後三歲時改嫁,把他遺棄了,雖然八年後他母親回來與他住,但這個心結應該一世也未能釋懷。牛頓若只有發現萬有引力,其實已足夠讓他成為史上最偉大科學家,但原來他的成就不至於此;他還發明了微積分,光學與顏色定律。

牛頓發現萬有引力也不是全無脈絡的:哥伯尼在1543年發現地球原來繞著太陽轉,義大利的伽利略在1610年用天文望遠鏡發現木星有四個衞星。但最重要影響牛頓發現引力的,是德國數學家Johann Kepler。Kepler的行星運行三大定律是這樣的:第一,行星是以橢圓圍繞太陽而不是圓形;第二,行星並非以固定速度圍繞太陽—靠近太陽的時候會增快,遠離太陽旳時候會趨慢;第三,行星軌道周期的平方,與行星與太陽之距離的立方之反比。牛頓從Kepler的第二定律,推論了行星沿著軌道運行絕無外力驅動,使他發現了力學三大定律:第一,靜者恆靜,動者恆以等速沿著直線運動;第二,F=ma,力等於質量乘以速率。透過這兩個定律,牛頓在1666年天才地整合了蘋果掉落地的力量與月亮環繞地球的力量是一樣的,於1687年出版驚世之作《自然哲學的數學原理》。

愛因斯坦若未比牛頓偉大,也與牛頓一樣同樣偉大。提及愛恩斯坦的成就之前,也是要交待一下他發現的東西之歷史脈胳,這是很有趣的。1863年,蘇格蘭物理學家馬克斯威爾以方程式整合了電力與磁力。這是偉大的創舉。要提及馬克斯威爾,因為他的發現,牽引起一場革命,就是對牛頓的革命。為什麼呢?因為馬克斯威爾方程式暗示了光速是個常數,這違反了牛頓的重力論。愛恩斯坦為了這個矛盾思考了九年,由1896年開始想,直至1905年,愛恩斯坦在3月至6月,完成了四篇驚世論文。這四篇值得介紹一下:第一,他質疑光是波動,他認為光也是量子。第二篇是與原子有關。第三篇有關布朗運動。第四篇就是處理光是追不上的問題。愛的狹義相對論,推翻了牛頓的絕對時間與絕對空間。然後他又花了八年時間,完成了廣義相對論,又在1915年成功預測了水星近日點的進動。牛頓發現了萬有引力,愛恩斯坦則解釋了,引力原來是扭曲的時空。

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