果真是苹果的功劳吗 牛顿力学与经典物理（二）

　　另一个启发来自笛卡儿的研究。早在1644年，笛卡儿在他的《哲学原理》一书中，就提出了“运动不灭原理”。他指出：“物质的运动有个固定量，这个量从来是既不增加，也不减少的，虽然在物质的某些部分中，有时会有所增减。就是这个缘故，当一部分物质，以二倍于另一部分物质的速度运动，而这另一部分物质，是前一部分物质的二倍时，我们应该认为，这两部分物质具有等量的运动，并且认为，每当一部分的运动减少时，另一部分的运动，就相应的增加。”这段话相当拗口，援引原文的译文，无非是让读者一睹先哲的当初表述。事实上，多读上几遍，即可看出这里讲的物质是“质量”的意思，而运动是“速度”的意思，全文表述的是动量（m×v）和动量守恒。

　　在前人这些发现的基础之上，牛顿开始了自己的工作。首先他从伽里略自由下落物体运动的这种特殊运动出发，提出“重力”的存在，并指出重力是“中心力”，即指向地心的力。不仅如此，由于一切自由落体（不计空气阻力）尽管其质量各不相同，所受重力大小亦不同，而下坠的时间（从同一高度）却相等。牛顿由此得出重力应与物体的质量成正比。

　　牛顿到此仍不满足，他从地心引力（即地球对重物有指向地心的吸引力）推断其它天体也具有这种吸引力。他看出解决这个问题的线索是太阳系的行星绕日运动，换句话说，他认为应从开普勒的行星运动三定律中，寻找运动和力的关系。

　　开普勒定律告诉人们，太阳在行星运动轨道椭圆的一个焦点上，这恰恰说明太阳与行星之间具有相互吸引之力。从不同行星的轨道，可以推出这个力与行星和太阳中心的距离的平方成反比；由这关系又可计算出运动周期。计算结果恰好符合开普勒第三定律。

　　从牛顿的论证中，读者可以看出逻辑推理在科技文化发展中所起的重要作用。经验只能告诉我们一个个现象，是逻辑推理帮助我们把这一个个现象连系起来，上升为规律，使人类的认识向前推进。对此，牛顿本人是很清楚的，他在论证万有引力定律之前，首先建立了以下四个推理法则。

　　法则1：除了那些真实的、且足以说明有关现象的原因之外，无须再去寻求这自然界事物的其它原因。

　　法则2：为此，对于自然界中同一类之结果，应尽可能归之于同一种原因。

　　法则3：物体的某种属性，凡既不能增强，也不能减弱者，又为实验所能及的范围内的一切物体所具有，应视为所有物体的普遍属性。

　　法则4：在实验哲学中，必须把从各种现象中运用一般归纳而导出的命题，看作是完全正确的，或者是非常接近于正确的；即使可以想出与之相反的假说，但只要未出现足以使之更为正确的其它现象和出现例外之前，仍应如此对待。

　　牛顿正是应用一般归纳得出万有引力定律，又用演绎法，借助万有引力定律和运动定律，解释行星运动以外的现象：卫星（月球、土卫、木卫）运动、彗星运动、海洋潮汐等等。他还提出行星不是正球形，由于行星的自转，使行星有一点点“扁”，也就是说，极轴比赤道面的直径要小，这些都得到了观测的证实。在一个世纪后，万有引力被英国人卡文迪许（1731～1810）用扭摆实验所证实。此外，万有引力定律又引导天文学家发现了海王星、冥王星。

　　至此，我们看到了牛顿发现的全过程，这是科技文化史的一个伟大里程碑。它或许起始于牛顿坐在苹果树下，但其后的过程比这开始要重要得多。