修正牛顿力学：第九行星搜寻是否揭示了新的万有引力定律？

修正牛顿力学：第九行星搜寻是否揭示了新的万有引力定律？柯伊伯带天体（KBO）的艺术家印象图，该天体位于太阳系外缘，与太阳的距离达到惊人的40亿英里。图片来源：NASA、ESA和G.Bacon（STScI）凯斯西储大学（CaseWesternReserveUniversity）物理学教授哈什-马瑟（HarshMathur）和汉密尔顿学院（HamiltonCollege）物理学副教授凯瑟琳-布朗（KatherineBrown）在研究了银河系对外太阳系天体的影响后提出了这一论断--如果万有引力定律受一种被称为修正牛顿动力学（ModifiedNewtonianDynamics，简称MOND）的理论支配的话。哈什-马瑟资料来源：凯斯西储大学MOND提出，艾萨克-牛顿著名的万有引力定律在一定程度上是有效的。也就是说，当牛顿定律所预测的重力加速度变得足够小时，MOND允许不同的重力行为取而代之。MOND在星系尺度上的成功观测是一些科学家认为它可以替代"暗物质"的原因。"暗物质"是物理学家用来描述一种假想的物质形式，它具有引力效应，但不发射任何光。马图尔说："MOND确实能很好地解释银河系尺度的观测结果，但我没想到它会对外太阳系产生明显的影响。"他们的研究成果最近发表在《天文学报》上。马瑟尔和布朗以前研究过MOND对星系动力学的影响。但在天文学家于2016年宣布外太阳系的一些天体出现了轨道异常，可以用第九行星来解释之后，他们开始对MOND的局部效应产生了兴趣。轨道异常曾带来历史性的发现：海王星是通过其对附近天体轨道的引力牵引而被发现的，水星的微小前冲为支持爱因斯坦的广义相对论提供了早期证据，天文学家最近利用轨道动力学推断出银河系中心存在一个超大质量黑洞。布朗意识到MOND的预测可能与观测结果不符，而观测结果正是寻找第九行星的动力。她说："我们想知道支持第九行星假说的数据是否会有效地排除MOND。"凯瑟琳-布朗资料来源：汉密尔顿学院相反，马瑟尔和布朗发现，MOND恰恰预测了天文学家观测到的聚类现象。他们认为，在数百万年的时间里，外太阳系中一些天体的轨道会被银河系自身的引力场拖向一致。马瑟尔说："当他们将九号行星数据集中的天体轨道与银河系自身的引力场进行对比时，发现两者的吻合度非常惊人。"作者提醒说，目前的数据集还很小，任何其他可能性都可能被证明是正确的；例如，其他天文学家认为轨道的特殊性是观测偏差的结果。"无论结果如何，"布朗说，"这项工作凸显了外太阳系作为测试引力和研究物理学基本问题的实验室的潜力。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388615.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388615.htm

牛顿的万有引力定律，是从中国明朝的书里抄袭的吗？

牛顿的万有引力定律，是从中国明朝的书里抄袭的吗？图片来源：新闻截图光看时间，似乎挺有道理的。牛顿通过其书《自然哲学的数学原理》，发表万有引力的观点是在1687年，换算过来是为清朝康熙二十六年。而王征《奇器图说》呢，则出版于明朝天启七年（1627年）。如果在明朝出版的书里，就已经出现了牛顿在60年后才会发表的科学原理——那看起来后者抄袭前者，大概就是板上钉钉的事情了呀！听着很厉害是吧，让我们仔细看看这个《奇器图说》是怎么回事，牛顿发现的万有引力定律又是怎么回事呢？书名就指出：明朝学者在学习欧洲科学知识首先我们要明确“奇器图说”并不是这本书的完整名字，在前面还有“远西”二字，是指从传教士那里学习到知识。中国对西边土地和文化的认识，有西域、西天、天方指代远近不同的称呼，等到利玛窦等传教士来到中国，又发明了“远西”“泰西”“大西洋”等名词。这些名词实际上反映了在漫长年代，我们逐渐认识世界的过程[1]。《远西奇器图说》是由德国籍传教士邓玉函口授，王征撰写、绘图并在扬州刊刻，成书于1627年。它是我国第一部介绍近代欧洲机械工程学和力学的图书。而《远西奇器图说》[2]里所谓“介绍万有引力的描述”，其实是释读这段文字的网友……读错了。卷一第十七页：“最重无过于地，地在天之下，必在中心。”卷一第十九页：“各体各欲直下至地心方止。盖重性就下，而地心乃其本所。故而譬如磁石吸铁，铁性就石。不论石之在上在下在左在右，而铁必就之者，其性然也。”我们都接受过牛顿物理学的教育，读这一段容易觉得这是中学物理课本。其实不然，这里说的并不是“万有引力”，正如知乎网友指出的，这里面可一个“力”字都没有提。前一段说的是“地心即中心”是亚里士多德地心说体系，并说明了为什么地球必然是圆的，因为地球中心也是宇宙中心。换言之，所谓“下方”，就是地球中心所在方向，上方则是头顶方向，因为地球是圆球，所以世界各地的人们实际上都是朝向地心方向站立。图片来源：pexels后一段展开论述的是亚里士多德的“四元素说”，也就是亚里士多德物理学，强调“本性”如何，元素本性分为两类，土、水两种元素本性朝向下方运动，气、火两种元素本性朝向下方运动（还有以太在天上做圆周运动）。所以土、水这样的重物组成了圆圆的地球。没有“力”，而强调“本性”，这正是亚里士多德物理学的特征[3]。咱们现在觉得这个很好理解，很简单，是因为学过了牛顿物理学，牛顿用万有引力定律告诉我们亚里士多德哪些观点对的，哪些观点是错的，错在了哪里。在牛顿之前，很多人对于亚里士多德的说法都觉得无法理解——地球对面的人，那不就“倒立”了吗？所以对面不可能有人吧？这个问题，就是欧洲学术历史上著名的“对跖人问题”。直到大航海时代，欧洲航海家跨过了赤道和大西洋，发现了新大陆，人们才知道地球对面确实有人。科学家们曾经用磁力解释太阳系至于后一段，类比于磁力，是英国女王伊丽莎白一世的御医威廉·吉尔伯特（WilliamGilbert，1544年-1603年）研究了磁石之后的思想。德国天文学家开普勒（JohannesKepler，1571年-1630年）赞同吉尔伯特，他们试图以此从物理学上来解释地球为什么是圆的，地球为什么绕着太阳转。他们和徐光启、王征是处于同一时代的人。严格来说，这种类比其实是错误的。毕竟（后来确认的）万有引力和磁力性质差异很大。引力只有相互吸引，磁力有异性相吸，也有同性排斥。它们的来源也不一样。这种曾经发生的错误认识，也恰恰说明了科学是一个逐渐发展，逐渐试错的过程，没有什么理论是一蹴而就，一直不变的。因此对于这几段内容，个别网友有些望文生义，误以为说到“向地心聚集”，就是万有引力，这其实是由于不熟悉科学历史导致的误会。误会发生的原因是，他们讨论的是同一个现象（地圆），同一个课题（为什么是地圆）。亚里士多德认为地球是圆的，这个结论虽然具有一定的科学性，但是他并没有真的描述清楚这个结论是如何正确推导出来的，他的某些前提如今来看是有错误的，因此只能说一种“定性”描述。牛顿万有引力开创了物理学新时代要定量解决这个问题，需要开普勒、伽利略和牛顿两位高人出场。开普勒指出行星绕太阳运行是椭圆轨道，从而彻底摆脱了古希腊人“完美圆形轨道”的观念。伽利略开创了把数学定量分析引入了物理学，开始研究运动和力的关系，得以研究运动过程。图片来源：pixabay牛顿整理发展出来了三大运动学定律、万有引力定律，还有今天大学生必学的数学——微积分。这些基于更复杂数学基础之上的力学原理的发现，才成就了“牛顿力学”之名[4]。牛顿出手解决的第一个问题，来自英国天文学家哈雷。1684年，哈雷向牛顿提出了一个当时未能解决的问题，如果一颗行星受到来自太阳的引力，这个引力与距离的平方成反比，那么它的轨道会是怎样的。牛顿不假思索地回答，他已经证明了轨道是椭圆的。这段对话让哈雷促使牛顿发表他的理论，其结果就是1687年发表那套三卷本的奇书《自然哲学的数学原理》。哈雷也因此得以计算他最为钟爱的彗星轨道，预言了一颗彗星的回归，这就是著名的哈雷彗星，它下一次回归是在2061年。换言之，万有引力理论不是区区几十几百字就能完全描述的。它必须植根于牛顿总结出来的物体的性质和作用（超越亚里士多德、吉尔伯特和开普勒）、三大运动定律（超越伽利略）、微积分（超越古希腊数学），从而解决椭圆轨道这种力和速度的大小、方向都在不断变化的物理过程。万有引力理论解决了从亚里士多德、哥白尼以来的重大课题——为什么地球是圆的，为什么太阳系是这样的。牛顿力学重塑了我们对宇宙和日常世界的基本认知。今天我们即便是谈论物理学之外的事物，也经常用到“力”这个概念，这一切都彰显了牛顿力学的伟大影响。图片来源：pixabay对牛顿力学，王征是学不到了，因为李自成攻进了北京去世那一年（1644年），他就去世了，此时牛顿才是个两岁的幼儿。但我想假如他能穿越到后世，一定会更加勤奋学习，毕竟他是“南徐（光启）北王”，是传播西方学术最为有力的两位明代学者之一。我们作为后人，不必掠牛顿之美强塞给王征，而是要学习他的博大胸怀，善于学习的谦虚精神，这才是真正的自信。在此基础上才能不断创新，向前发展，假如我们沉湎于虚假的“往昔荣光”，忘记了现实差距，那也将失去未来。参考文献[1]吴孟雪，《明清时期欧洲人眼中的中国》前言，中华书局，2000年[2]《祖本远西奇器图说录最新制诸器图说》，中华书局影印本，2016年[3]亚里士多德，《物理学》，商务印书馆“汉译世界学术名著丛书”，1982年第一版。[4]吴以义，《从哥白尼到牛顿：日心学说的确立》，上海人民出版社，2013年第一版。策划制作作者丨孙正凡 天文博士，科普作者审核丨孙轶飞 河北医科大学医学教育史研究室主任策划丨徐来责编丨林林、白莉...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1390805.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1390805.htm

万有引力之虫

夕岸的随机广播，博客：https://gravitysworm.com/