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[水煮物理]之:苹果往事
澳门新萄京官方网站:2010-09-19文章来源:

作者:罗会仟  新萄京科学院物理研究所

 

   

(万幸!砸中牛顿的是苹果而不是椰子)

  “秋天到了,海南岛的苹果熟了。于是,有一天,‘吧嗒’掉了下来,砸到了我的头顶上……”不知读者您看到这句话是有没有感到怪异?如果有,恭喜您,您应该去学生物或者地理;如果没有,那也恭喜您,您适合去学物理。“海南岛的苹果熟了”这句话其实是我同学的“名言”,那是在一堂中学教学教法课上,她在试图讲解“赤道上的万有引力、重力和科里奥利力之间的关系问题”时而情不自禁援引出了这么一段。没想到被评分老师来了顿臭骂:“海南岛哪来的苹果?这么教出来的孩子你放心我也不放心啊!”当然,这位同学的动机还是不错的,至少她告诉了我们:地球表面物体受到的重力并不等于地球对它的万有引力,而应该等于万有引力减去科里奥利力(维持跟地球一起自转的向心力)。可是,300多年前的牛顿认识不到这一点。因为万有引力也好,重力也罢,甚至“力”这个基本概念,在那时还没影儿呢!这一切的起源,还要从那个苹果的往事说起。

  牛顿是幸运的,他没住在海南岛,要不砸中他的是椰子,不是苹果。要不就脑袋开花到亚里士多德那里报道去了。牛顿同样是幸运的,因为苹果落地没有意外(如下图),要不也是命归黄泉回老家了。牛顿也挺遗憾的,如果威廉·泰尔(英格兰民族英雄,以射苹果一事闻名)没被通缉的话,牛顿应该能更早地发现万有引力定律。

  

(苹果落地的意外与遗憾)

  牛顿也是聪明好学的,好学的同义词是死脑筋、一根筋。因为千万只苹果落地了,砸到人脑袋的也不在少数,砸到一根筋的脑袋也同样少不了。可是,只有牛顿一个人问了个“why”?为什么苹果要落地?为什么它不飞上天?苹果呀苹果,你可曾告诉我?就这样,牛顿左思右想,终于领悟到:苹果要落地,因为地球不让它跑到天上去。也即:地球对苹果存在某种吸引作用。这便是万有引力的雏形。然后牛顿把这个想法推广到了星球为什么围绕太阳转这个问题。然后发现了万有引力定律!这是一个很美丽的故事,似乎合理的天衣无缝。可我要告诉您的是:牛顿同学纯粹在忽悠人!




(千万只,苹果落了下来,可唯有你,问了why)


(苹果呀苹果,你可曾告诉我,你为什么要落地?)



(“我要把苹果抛到天上去,因为天上有云彩,它会喜欢我的苹果的。”)

  实际上,苹果落地是重力作用。请各位翻一下中学课本,重力的定义是:“由于地球吸引而造成的相互作用力。”前面说过,重力不等于万有引力,因为地球本身在自转,万有引力还要分担一部分力来维持自转,否则你就被地球甩出十万八千里外了。所以,由苹果落地想到重力,那是很自然的,重力和质量成正比,那也是自然的。但是由重力想到天体之间的相互吸引力则有点不自然,人家火星也没成天往地球或者太阳上跑啊?凭啥说它也受到和地球表面物体所受的同样的力?实际上,如果没有伽利略和开普勒等人的先驱工作结论,牛顿则无法推导出万有引力定律:任何两个物体之间存在相互吸引作用,作用强度和两个物体的质量成正比,和它们之间的距离的平方成反比。具体推导过程很简单,还劳烦您去看看课本。再次提醒一下大家,“力”这个概念的严格定义,是由牛顿本人创造的,这点在后面的《水煮物理》会涉及到。说牛顿是编造苹果落地的故事可能证据不多,不过我相信牛顿也只是在某次开会时候调侃了这么一下,没想到就被人传颂几百年了。还好人家牛顿一向是自我感觉良好的人,这点故事加上他什么煎手表之类的故事能让人们津津乐道就是他最大的满足。正如那位梦见蛇咬住自己尾巴而想出苯环结构的化学家一样,科学有时候也需要一点点润滑剂,要不只有公式就实在太枯燥了!

  插一个小故事:说是某船长从冰岛装了几万吨大豆想要卖到南美洲去,可是经过赤道附近的时候发现无端少了几吨。找了全体船员来问,也没查出个究竟。等到了目的地才发现,丢失的大豆又“自动”回来了。这个故事就是“海南岛的苹果熟了”(最好说是椰子)典型案例——重力加速度在赤道最小、两极最大。我也一直怀疑这故事是中学老师编造来糊弄咱学识浅薄的学生的,因为即使重力加速度不同,大豆的称量出来的重量实际上还依赖于所用的秤,至于为什么,聪明的读者您肯定能想到。故事终究只是故事,牛顿的“苹果砸在了俺头上”看似圆滑却难免有编造的劣迹,后来他说其实被苹果砸中是必然的,正如发现万有引力是必然的一样,这句话才比较靠谱。



(被苹果砸是必然的——牛顿如是说)

   让我们去剑桥大学三一学院看看牛顿在下面睡午觉的苹果树。不用说,挺不起眼的,这小破树下面乘凉都困难,何况睡午觉。大概牛顿喜欢这颗小矮树吧,赋予点特殊意义也无可厚非。虽然说不到苹果树下坐坐哪来万有引力定律呢?可对于咱中国人民来说,某大学里即使有这样的苹果树,等上面有了苹果,也等不到秋天熟了,也早没了(“桃李不言、下自成蹊”)。所以,即便明知道牛顿是编的故事,咱也得感叹,这苹果往事,还是西方搞得好!



(传说中的牛顿苹果树 [剑桥大学内])

(不在苹果树下坐坐哪来万有引力定律?【图中字有误】)

  有趣的是,历史上拿苹果说事的,牛顿不是第一个。且不说亚当夏娃偷吃的禁果,老早老早以前,在希腊神话里就有金苹果的故事。三位天上最为PP的神仙MM还要争究竟谁最漂亮,胜者获得那个金苹果。不幸的是,这场金苹果之争引起了最后的特洛伊战争,历史上说也是两个男人争一个女人的故事,和咱赤壁之战不相上下。艾,还不如让三位肥佬来抢这个金苹果呢!


(持金苹果的女神——卢浮宫艺术展)

(金苹果到底给谁呢?)

  现代的苹果,我们阿甘兄弟投资的“水果公司”,他们的商标实际上就是按照牛顿的苹果故事来的。起初苹果公司的商标非常复杂还有刻字,后来逐步变成现在的样子:被微软虫子咬了一口的烂苹果。若看看“苹果病毒”的模样,就能得到更为深刻一些的印象了。



(苹果公司商标的变迁)

(苹果病毒)

  当牛顿的苹果掉进了艺术殿堂,它又获得了许多新鲜的面孔。诸位不妨欣赏一下,权当一笑。



(牛顿的“艺术苹果”)



(纪念牛顿的“苹果邮票”)



(左:伽利略也喜欢扔苹果。右:伊拉克人民不要飞弹要苹果。)



(“我也要个大苹果”)

最后让咱们用画家给小朋友们画的苹果结束这个专题吧。

“一颗苹果掉下来,不知此树是谁栽?

总是瓜熟蒂必落,还好被我捡起来!”

   


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