导语:这个星球是如何保持平衡的?牛顿知道,当有人问他这个问题时,他必须回答,因为他是英国皇家学会的主席,也是万有引力法则和牛顿运动法则的发现者。事实上,回答这个问题的困难与牛顿发现的万有引力法则有关。重力法则是一条优美、和谐、简洁的法则。

地心吸力法则

1、地心引力的提出

自然界中的任何两个物体都是相互吸引的,重力的大小与两个物体的质量成正比,与物体之间的距离成反比,问题就来了,宇宙中的行星被恒星所吸引,当行星运转时,就会产生向外的离心力,它的大小与恒星对它的重力相同,所以行星围绕恒星旋转,这并不难理解,很难理解,宇宙中有那么多恒星,恒星之间也有重力,为什么这些恒星不会塌陷,而是因为它们的重力而落到某个地方?宇宙界的星星不是遵循万有引力法则吗?

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2、对地球的认识

早在牛顿前4000年,古希腊人就开始思考如何保持地球平衡。他们的理解始于地球。他们非常聪明地意识到地球可能是球,这种意识首先来自观察船只和从地平线外来的船只。古希腊人看到这些船总是先出帆,然后再出船。如果地球平坦,就不应该出现这种现象。

这种认识也来自于对星空的观察,古希腊人发现,当他们旅行时,北极星在南向天空中的位置越低,离地平线越近,而北向北极星的位置越高,如果地球是平的,就不应该出现这种情况,很遗憾,古希腊人没有机会到达北极点,如果他们到达北极点,他们也会发现北极星已经升到了他的头顶,因为它位于北极的正上方。

对古希腊思想家亚里士多德的观察更加仔细。他发现月球上地球的影子总是圆的。亚里士多德总结道:地球是圆的,这个结论很正确。他还认为地球是宇宙的中心,是静止的。月球、行星、太阳等宇宙中的所有行星都围绕地球旋转,他们的轨道是标准的圆形。众所周知,后面的结论有一些问题,但问题在于西方世界有影响力的基督教会完全接受亚里士多德的观点,并将这一观点与上帝创造世界的观点联系起来。

日心说以及开普勒的理论

1、日心说介绍

1800年后,哥白尼提出日心说,他判断地球是围绕太阳转的,但他迟迟不敢正式发表,40岁时才作出判断理论,70岁时才敢写成书,那天,哥白尼去世了,在哥白尼的宇宙模型中,太阳是宇宙的中心,地球和行星是围绕太阳转的。

接着,伽利略用他的天文望远镜提供了日心说的证据,他观察到一些小卫星在木星周围旋转,而不像地心说那样在地球周围旋转。

2、开普勒的理论

接着,开普勒又提出,行星的轨道不是圆的,而是椭圆的,有趣的是,开普勒的结论来自于他自己并不喜欢这种观察结果的实际观察,他认为椭圆并不像圆那样完美和谐。

哥白尼、伽利略、开普勒都曾被教会迫害,牛顿比他们幸运,到了牛顿时代,科学已经从被教会压制的异端转变为受人尊敬的知识,前人的努力帮助牛顿认识了万有引力的法则。Apple永远不会迷信万有引力法则的来源,它说,如果没有开普勒的理论依据,牛顿就会被Apple砸上1000次,而不会被发现。

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宇宙中的行星分布

1、行星分布的位置

假如宇宙中只有几颗星星,那么很明显,它们会相互吸引,降落到中心,但是宇宙中又有无限多的星星,分布在无限大的空间中,所以,宇宙中没有星星坠落的中心,但是这种解释很难说服。

按照牛顿法则,如果只有一小部分星星,它们就会落聚,即使围绕这些星星增加了更多均匀分布的星星,按照牛顿法则增加的星星,也不会对原来的一小部分星星产生影响,原来应该倒塌还是应该倒塌啊,所以牛顿的解释站不住脚。

之后,人们帮助牛顿解释说,当行星之间的距离很远时,重力不再是重力,而是排斥,这保证了行星在宇宙中的稳定平衡。

但是,如果宇宙真的是这样的话,宇宙的平衡就不那么脆弱了,任何地区的恒星位置稍微变化的话,宇宙的平衡就会被完全打破。

在此之前,如何保持宇宙的平衡,牛顿无法正确回答这个问题,牛顿时代的科学家也无法回答。即使在牛顿200年后,在科学还没有发展到一定程度的时候,很多科学问题被认为是哲学问题和神学问题。

2、宇宙源头介绍

宇宙源头,首先给出的解释是几个主要宗教,哲学家也喜欢做这件事,牛顿之后有个很有名的哲学家叫康德,他非常认真地思考了宇宙源头和时间,结果,这个哲学大师在自己的思考中迷失了,康德发现,无论如何回答,宇宙源头都是矛盾的。

假设宇宙没有开始,那么时间是无限的,无限的时间怎么可能存在?如果宇宙有一个开始,那么在开始之前就没有无限的时间了吗?时间不能无限吗?

这个问题的答案仍然取决于科学:

在1929年的观察中,哈勃发现宇宙中遥远的星系离我们很远。这一发现使他意识到宇宙正在膨胀。不久,这一观点得到了科学界的广泛认可。宇宙正在膨胀,但宇宙不处于静止状态。这一发现解释了牛顿无法回答的问题:宇宙中的星球就像气球的几个黑点。随着气球的不断增大,它们不会塌陷和聚集。

3、科学理论

科学理论在这一点上失效了,大爆炸前宇宙不存在,时间也不存在,科学发现解决了康德的困惑,时间并非无限,时间始于宇宙大爆炸,科学发展是有节奏的,亚里士多德认识到地球是圆的,但他认为地球是宇宙的中心,1800年后,哥白尼指出地球不是宇宙的中心,但他认为行星是圆的,开普勒观察到地球的椭圆轨迹,他自己也不喜欢这种观察,但牛顿自己却发现了万有引力定律和牛顿运动定律,这两条定律使牛顿成为人类历史上最重要的科学家,然后他发现万有引力定律和牛顿运动定律并不完美,当牛顿运动定律与某些观察不一致时,爱因斯坦发现了新的理论(相对论)。

结语:爱因斯坦以相对论而闻名,被认为是继牛顿之后最值得称赞的科学家。但是,相对论也束缚了爱因斯坦,使他迟迟不接受另一种重要的科学理论(量子理论)。下一步,我们将讨论相对论是否正确,量子理论是否正确,但是这两种理论是不一致的,甚至是矛盾的,怎么办?别担心,科学家们正在努力寻找答案,他们有深刻的理解人类的愿望,科学永远不会停止,我们从哪里来,我们为什么在这里,我们要去哪里,也许有一天,这些哲学问题,可以通过科学的方式来回答。