砸出万有引力的那个幸运苹果，为啥偏偏被牛顿发现？

许多人从小就熟悉一个传说：某个傍晚，牛顿坐在苹果树下，看见苹果从树上垂直落下，突有感悟引发思考，后来就从中提炼出了支配宇宙力量的万有引力。

这个故事似乎并非杜撰，有资料记述，牛顿晚年曾亲口讲给密友斯图克利，后经伏尔泰之笔广为流传。

今天我们不考证和纠缠这个故事的真伪，只追问另一个引申的问题：千百年来，见过苹果落地的人成千上万，为什么只有牛顿才感悟出了引力定律呢？

有人认为，科学家们的发现偶然性很大，是某种机遇或际遇才成就了他们。

其实不然，即便真的有些重大发现起始于偶然，其中也蕴含着必然。

牛顿的发现也是如此。

万有引力这个重大发现之所以被牛顿成就，有两大必然因素：一是牛顿渊博的知识储备，二是被时代呼唤脱颖而出。

艾萨克·牛顿1643年出生于英格兰，毕业于剑桥大学，后任该校教授，还曾担任英国皇家学会会员、会长，是十八世纪最伟大的数学家、物理学家、哲学家，没有之一。

1666年之前，他才二十岁出头，就完成了微积分、光的色散和反射望远镜等奠基性工作，这些成果都是世界级成就。

在牛顿之前，人类在天文观测和学说上已经取得了重大突破，尤其是哥白尼的日心说撼动了托勒密的地心体系，把地球这个曾被认为的宇宙中心，降格为一颗普通行星。

1609年，开普勒在《新天文学》中提出行星运动第一、第二定律，1619年又在《世界的和谐》中给出第三定律。

至此，开普勒对行星“怎样动”进行了精确刻画，之后伽利略的惯性定律与自由落体规律，又为地面的力学奠了基。

然而，行星“为什么这样动”这个更深层次的问题摆在了科学家们面前，牛顿的万有引力定律正是在解开这个谜题的呼声中应运而生。

公元1665—1666年间，瘟疫席卷英国，剑桥大学停课，23岁的牛顿回到故乡伍尔索普庄园，开始综合前辈们发现的成果，思考解决更深层次的问题。

此时，他已经掌握了前人没有的武器~微积分，把变化、求和与极限变成可计算的工具，让“引力与距离平方成反比”从一句猜想，变成可代入数据，并推出轨道形状的数学命题。

此间，牛顿进行了一次著名的“月亮检验”：月球与地球距离约为地球半径的60倍，引力若随距离平方衰减，月亮处的引力就只有地面的3600分之一。

他按已知月亮轨道和公转周期算出，维持月亮绕地所需的向心加速度约为0.0027米/每平方秒，恰为地面重力约9.8米/每平方秒的3600分之一。

由此验证了苹果与月球受同一种力控制，严丝合缝地遵循着同一个定律。

这个定律就是万有引力定律，其内核是：任何两个具有质量的物体都相互吸引，引力大小与两者质量的乘积成正比，与两者质心距离的平方成反比，适用的公式为：F=GMm/r^2。

式中的G表示万有引力常数，M和m表示两个引力相互作用大小质量的物体，r为两个物体质心之间的距离。

当时G还没有准确数值，一直到1798年，才由卡文迪什用扭秤实验首次测定，现代精确值约为6.674*10^-11N·m^2/kg^2。

1687年，牛顿发表了论文《自然定律》，通过论证开普勒行星运动定律与他的万有引力定律的一致性，对万有引力和三大定律进行了描述，展示了地面物体与天体运动都遵循着相同的自然定律。

1684年，哈雷登门求教：若引力与距离平方成反比，行星轨道该是什么形状？牛顿当即给出答案：“椭圆”，并表示自己早已完成相关数学证明。

哈雷震惊之余，敏锐地意识到牛顿的研究拥有划时代的价值，决心全力推动这些成果系统化公开。

在皇家学会无力承担出版费用的处境下，哈雷自掏腰包全额出资并促成牛顿撰写的《自然哲学的数学原理》这部巨著出版，还亲自承担了校对、绘制几何插图等繁琐工作。

这部巨著于1687年7月5日出版问世，首次系统阐述万有引力定律。

巨著中与万有引力定律相辅相成的是首次系统提出的牛顿三定律，即第一定律~惯性定律；第二定律~加速度定律；第三定律~作用与反作用定律。

牛顿三定律与万有引力定律共同构成了经典力学的基石，因此经典力学又被称为牛顿力学，主导了物理世界近三个世纪，至今仍是现代工程学的基础。

牛顿的理论问世，被认为是发现了主管宇宙天地万物运行的规律，震动了整个科学界，为太阳中心说提供了强有力的理论支持，成为整个太阳系的力学蓝图，推动了科学革命和人类文明进程。

1705年，埃德蒙·哈雷运用牛顿万有引力定律分析1531年、1607年、1682年三次彗星轨道数据，首次确认它们是同一颗彗星，并预言这颗彗星将在1758年回归。

1758年彗星如期回归，引起了世界轰动，这是人类历史上第一次通过科学计算精准预测天体运行时间，用实测结果验证了牛顿万有引力定律不仅适用于行星，同样适用于太阳系内所有天体，牛顿力学得到科学界更广泛的推崇，奠定了其在现代天体力学中的主体地位。

遗憾的是牛顿和哈雷在这之前都去世了，为了纪念哈雷的贡献，人们把这颗彗星命名为哈雷彗星。

其实，17世纪并非只有牛顿在探究天体运行规律，同时代的胡克、雷恩等人的研究，也已逼近了引力的平方反比关系，并由此引发了一番谁最先发现的争论。

可见这项发现并非仅仅牛顿一人的灵光乍现，而是时代趋势水到渠成的必然结果。

只是由于牛顿准备得更充分，更天才加发奋地早些掌握了完备的数学体系，才更早走完这一步。

牛顿1676年在致胡克的一封信中写道：“如果说我看得更远，那是因为我站在巨人的肩膀上”。

这话既是谦辞也是实情：开普勒与伽利略的积累提供了巨人的肩膀，微积分与定量方法提供了登高的阶梯，而传说中的那颗苹果不过是瓜熟蒂落而已。

所谓天才的发现，从来都是积累、工具与时机共同酿成的必然。

伟大科学家们的重大发现都是人类文明发展到一定阶段的必然结果，是一代代前辈科学家们前赴后继积累成果基础上的更新创举。

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