万有引力常数的提出者——伟大的科学家牛顿
在1687年,牛顿的著作《自然哲学的数学原理》风靡全球。
历史上的科学瞬间
在三百多年前,当牛顿满怀信心地出版《自然哲学的数学原理》时,他或许未曾预料到,他的万有引力定律会在未来的岁月里,成为全球每一本物理学教科书的标配。
万有引力定律,无疑是人们最为熟知的物理学定律之一。根据这一定律,任意两个物体间的吸引力与它们的质量乘积成正比,与它们之间的距离平方成反比。其被称为“万有”,是因为牛顿认为从宏大的太阳系星体到微小的尘埃粒子,都遵循这一定律。
牛顿的力学理论标志着自然哲学从古代走向现代精密科学的转折点。他将自己的贡献定义为“自然哲学的数学原理”,也就是说,虽然当时人们对自然本身的本质还知之甚少,但已经可以通过数学手段进行表达和总结。万有引力定律虽未解答引力的本质问题,但却在数学上精准地刻画了引力的效果。
万有引力常数G在科学历史上有着极其重要的地位。作为人类首个测定的基本物理常数,"常数"的概念正是精密科学的产物。在古代,自然哲学家们更关注引力的源头,而对G的精确测定则是在现代科学中以“数学原理”取代“哲学原理”后才得以认真对待。
那么,如何计算这个常数G呢?按照万有引力的公式,似乎只需测量相关数据并代入公式即可。但实际操作中,由于地球上的物体质量太小、宇宙中的又太过遥远庞大,实际测量均存在困难。
在《自然哲学的数学原理》中,牛顿曾设想了一种可能的计算方式。他考虑过用山附近的摆来测量引力,但由于当时他认为山对摆的影响过于微小而无法测量,最终没有进行实验。他根据推测的地球平均密度间接计算了引力常数,其结果与现代数据在数量级上相符,但仍有差距。
牛顿的后继者们持续追寻引力常数的精确值。英国皇家学会的科学家们不断努力,最终在苏格兰高地找到了一座合适的山——榭赫伦山,进行了著名的榭赫伦实验。
经过多次实验和改进,科学家们最终设计出扭秤等实验仪器以更精确地测量引力常数。在卡文迪许的时代,他利用扭秤实验成功测得G的值,其结果与现代仪器测量的结果相比仅有微小的误差。
自此之后的二百多年里,随着科技的进步与发展,关于测量引力常数的实验和方法层出不穷。的研究团队也在万有引力常数的测量研究方面取得了世界领先的成果。
这一切都展现了人类对自然世界的不断探索与认知,也见证了科学的发展与进步。