“牛頓蘋果”的遐想

黃洪才

摘 ? 要：“牛頓蘋果”的傳說在物理界可謂家喻戶曉。不管其真實(shí)性如何，但如果蘋果樹不斷長(zhǎng)高，以至于非常非常高，脫離蘋果樹的蘋果會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)呢？對(duì)此問題的遐想，我們的視野從地面擴(kuò)展至太空，我們的思想從牛頓力學(xué)躍升到相對(duì)論，是放開想象、放飛思想的典范。

關(guān)鍵詞：牛頓蘋果;遐想;牛頓力學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2019）5-0063-2

牛頓的好友斯圖克萊在《牛頓的生平傳記》中記載了“蘋果落地”的故事：有一天，牛頓在花園里思考引力問題的時(shí)候，一個(gè)蘋果從樹上落下來。這時(shí)候，他就想，為什么蘋果總是豎直落向地面呢？為什么蘋果不向外側(cè)或向上運(yùn)動(dòng)，而總是向著地球中心運(yùn)動(dòng)呢？無疑這是地球向下拉著它，有一個(gè)向下的拉力作用在蘋果上，……這個(gè)力，應(yīng)該就是地球?qū)μO果的引力！[1]

一個(gè)很有意思的問題是，如果蘋果樹不斷長(zhǎng)高，以至于非常非常高，脫離蘋果樹的蘋果會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)呢？為討論方便，我們假設(shè)地球是均勻的球體，蘋果樹長(zhǎng)在地球赤道上，不考慮地球繞太陽的公轉(zhuǎn)，也不考慮空氣阻力對(duì)蘋果運(yùn)動(dòng)的影響。

遐想1 ?牛頓發(fā)現(xiàn)蘋果從樹上脫落后豎直落向地面。設(shè)想蘋果樹足夠高，例如100 km，脫落的蘋果還會(huì)豎直落向地面嗎？

通常的蘋果樹只有幾米高，蘋果從樹上脫落后做自由落體運(yùn)動(dòng)，豎直落向地面。但是，由于地球在自轉(zhuǎn)，蘋果脫落時(shí)的速度大于地面的速度，當(dāng)蘋果樹足夠高時(shí)，蘋果就不會(huì)豎直落向地面了。

蘋果的偶然落地，勾起了牛頓對(duì)萬有引力規(guī)律的思考;蘋果樹的不斷生長(zhǎng)，引起了我們對(duì)蘋果運(yùn)動(dòng)的遐想。對(duì)“牛頓蘋果”的遐想，我們的視野從地面擴(kuò)展至太空，我們的思想從牛頓力學(xué)躍升到相對(duì)論，這不能不說是放開想象、放飛思想的典范。當(dāng)然，這樣的蘋果樹現(xiàn)實(shí)中是不存在的，但它卻為我們發(fā)射人造衛(wèi)星提供了一種新奇的思路，美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正在研究的“太空電梯”從某種意義上說正是我們假想的“蘋果樹”[2]。

參考文獻(xiàn)：

[1]關(guān)于牛頓故事的真實(shí)性.https：//zhidao.baidu.com/question/578423532.html，2013.8.

[2]人民教育出版社課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理（必修2）[M].北京：人民教育出版社，2010.（欄目編輯 ? ?羅琬華）