萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)是牛頓一生中最偉大的貢獻(xiàn)之一，而關(guān)于牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力的故事有很多不同的版本，不過(guò)這無(wú)關(guān)緊要，重要的是萬(wàn)有引力定律是正確的。
怎么知道萬(wàn)有引力定律是正確的呢？牛頓在發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律之后已經(jīng)通過(guò)地月檢驗(yàn)的方式來(lái)進(jìn)行了驗(yàn)證。什么是地月檢驗(yàn)？簡(jiǎn)單來(lái)講，月球在地球的引力范圍之內(nèi)，受到地球的引力作用，在這一點(diǎn)上，月球與地球表面的任何物體都沒(méi)有不同。在地球表面，當(dāng)物體從空中下墜的時(shí)候，會(huì)存在著一個(gè)加速度，而月球同樣也存在著一個(gè)指向地球的加速度，通過(guò)計(jì)算可知，月球的加速度是地球表面物體加速度的1/3600。將萬(wàn)有引力公式與牛頓第二定律結(jié)合起來(lái)看就會(huì)發(fā)現(xiàn)，月球月地球表面物體的唯一差異就是與地球的距離不同。
地球表面物體距離地球中心的距離為6400公里，而月球的軌道半徑為380000公里，是地球表面物體的60倍。
將地球表面物體與月球的半徑分別代入牛頓第二定律之中，計(jì)算出的結(jié)果就是1/3600，于是，牛頓通過(guò)計(jì)算，從理論上驗(yàn)證了萬(wàn)有引力定律的正確性。當(dāng)然，一個(gè)理論要讓人們徹底信服，只有數(shù)據(jù)和理論是不夠的，還需要在現(xiàn)實(shí)之中得到驗(yàn)證，于是天文學(xué)家們開(kāi)始將萬(wàn)有引力定律應(yīng)用于天文觀測(cè)之中，效果卓然。
根據(jù)以往的天文觀測(cè)記錄，在1531年、1607年和1682年，人類分別觀測(cè)到了一顆彗星，而有趣的是，這三顆彗星的軌道是完全一樣的。牛頓的朋友哈雷根據(jù)牛頓的萬(wàn)有引力定律，對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了思考，并且對(duì)攝動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行了計(jì)算，所謂攝動(dòng)就是彗星軌道上的天體對(duì)于彗星所產(chǎn)生的引力作用。
哈雷計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，在1531年、1607年以及1682年所出現(xiàn)的三顆衛(wèi)星實(shí)際上是同一顆，據(jù)此，哈雷預(yù)測(cè)這顆彗星的回歸周期大概為75到76年左右，并預(yù)言了下一次彗星到來(lái)的時(shí)間。
哈雷的計(jì)算和預(yù)測(cè)是準(zhǔn)確的，遺憾的是他并沒(méi)有親眼看到彗星回歸的那一刻，因?yàn)樵诖酥肮拙腿ナ懒?。后?lái)，人們?yōu)榱思o(jì)念哈雷，就將這個(gè)彗星命名為哈雷彗星。之所以哈雷彗星如此出名，是因?yàn)楣族缧鞘且粋€(gè)人一生中唯一一顆可以見(jiàn)到兩次的彗星。萬(wàn)有引力定律不僅可以應(yīng)用于彗星的發(fā)現(xiàn)，還在行星的發(fā)現(xiàn)上大展拳腳。現(xiàn)在我們的太陽(yáng)系共有八大行星，但這八顆行星并不都是通過(guò)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)的，通過(guò)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)的行星只有七顆，最后通過(guò)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)的行星就是天王星，它的發(fā)現(xiàn)者是英國(guó)天文學(xué)家赫歇爾。
人們?cè)谟?jì)算天王星軌道的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)通過(guò)牛頓定律計(jì)算所得的數(shù)據(jù)與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)之間存在著偏差，偏差大概在2分左右，一度是60分。
牛頓定律是經(jīng)過(guò)時(shí)間檢驗(yàn)的，應(yīng)該沒(méi)有錯(cuò)，而觀測(cè)同樣也不可能出錯(cuò)，那么問(wèn)題在哪呢？一個(gè)大膽的假設(shè)出現(xiàn)了，那就是在天王星的外側(cè)還存在著一顆行星，這顆行星的引力作用對(duì)天王星的運(yùn)行產(chǎn)生了影響，所以才會(huì)出現(xiàn)偏差，終于在1845年的時(shí)候，法國(guó)天文學(xué)家勒維列通過(guò)計(jì)算找到了天王星外側(cè)行星的準(zhǔn)確位置，后來(lái)的觀測(cè)證明，他的計(jì)算是完全正確的。有趣的是，在人們找到天王星外側(cè)的海王星之后，發(fā)現(xiàn)海王星的軌道同樣存在著偏差，吸取上次的經(jīng)驗(yàn)，人們很快想到海王星外側(cè)也有一顆行星，于是又找到了冥王星。冥王星自己可能不會(huì)想到，作為最后一顆被找到的行星，有一天會(huì)被踢出行星的行列。
萬(wàn)有引力定律雖然做出了卓越的貢獻(xiàn)，但其本身并不完美，現(xiàn)在我們知道，萬(wàn)有引力定律不過(guò)是宏觀低速環(huán)境下的一種特例，所以它的不足遲早會(huì)顯現(xiàn)。
終于在計(jì)算水星進(jìn)動(dòng)的時(shí)候，問(wèn)題出現(xiàn)了。水星是距離太陽(yáng)最近的行星，它與其它行星不同，它的軌道方向是會(huì)發(fā)生變化的，它的近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)并不永遠(yuǎn)在同一個(gè)位置，這就是水星進(jìn)動(dòng)。還是勒維列，他計(jì)算得出的水星進(jìn)動(dòng)速度是每100年38秒，一度是3600秒。遺憾的是，這個(gè)計(jì)算結(jié)果是錯(cuò)誤的，與實(shí)際情況并不一致。最后，這個(gè)問(wèn)題被愛(ài)因斯坦所破解了，愛(ài)因斯坦提出了廣義相對(duì)論，將引力的本質(zhì)描述為時(shí)空的彎曲，根據(jù)相對(duì)論公式計(jì)算得出的水星進(jìn)動(dòng)值為每100年43秒，答案是正確的。后來(lái)，相對(duì)論所預(yù)言的現(xiàn)象又一一得到了驗(yàn)證，比如引力透鏡效應(yīng)就是其中典型的一個(gè)，大質(zhì)量天體周圍的時(shí)空會(huì)發(fā)生彎曲，光線在經(jīng)過(guò)附近區(qū)域的時(shí)候會(huì)改變方向，事實(shí)的確如此。
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