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第466章 樹下星軌(1 / 2)

穿越坐標鎖定在1666年的英格蘭林肯郡——曆史記載中牛頓因瘟疫避居鄉間的“奇跡之年”。

“看那邊。”穿越者青林抬手指向莊園角落的小木屋,一個身著黑色長袍的年輕男子正俯身工作台前,手中握著圓規和羽毛筆,在羊皮紙上繪製著複雜的幾何圖形。他麵容清瘦,眼神深邃,正是年僅23歲的艾薩克·牛頓。

三人緩步走近,才發現木屋的窗台上擺滿了各種儀器:簡陋的三棱鏡、刻滿刻度的木尺、懸掛著鉛球的單擺,還有幾本攤開的書籍,其中一本正是開普勒的《新天文學》,書頁邊緣寫滿了密密麻麻的批注。

“他正在研究天體運動的數學模型。”吉力大師壓低聲音,目光落在牛頓繪製的軌道圖上,“開普勒已經提出了行星運動三大定律,但他沒能解釋背後的驅動力,牛頓顯然在試圖找到那個‘看不見的力’。”

穿越者劉彬悄悄打開背包裡的引力探測器,屏幕上顯示出微弱的引力場數據:“這裡的重力加速度與現代測量值僅相差0.002s2,說明時空錨點的物理環境高度保真。”

牛頓似乎察覺到了動靜,抬起頭看向三人,眼神中帶著學者特有的警惕與好奇:“你們是?”

“我們是來自東方的學者,因戰亂避居歐洲,聽聞此地有位年輕的智者正在鑽研宇宙奧秘,特地前來拜訪。”青林按照預設身份應答,同時指了指劉彬手中的便攜觀測儀——那是用未來材料仿製的17世紀望遠鏡,“我們帶來了一些觀測工具,或許能為您的研究提供幫助。”

牛頓的目光立刻被觀測儀吸引,他站起身走上前,小心翼翼地接過儀器:“這架望遠鏡的鏡筒設計很特彆,重量比我見過的所有儀器都輕。”

“我們改進了鏡筒的力學結構,采用了中空的加固設計。”劉彬解釋道,刻意使用了牛頓能理解的表述,“既保證了穩定性,又減輕了重量,便於長時間觀測。”

牛頓點點頭,立刻將望遠鏡對準遠處的樹梢,調整著焦距:“清晰度很高,比我自製的儀器要好得多。最近我一直在觀測月球的運動軌跡,但現有工具的精度不夠,總是無法得到準確的數據。”

青林的目光落在工作台上的草稿紙,上麵畫滿了各種計算式,還有幾個被劃掉的引力公式雛形:“您在研究天體之間的相互作用?”

“是的。”牛頓沒有隱瞞,重新坐回工作台前,“開普勒說行星沿橢圓軌道運行,但是什麼讓它們保持這樣的運動?蘋果會落地,月球卻不會掉下來,這背後一定有某種統一的規律。”

就在這時,一陣微風吹過,樹上的蘋果輕輕晃動,一個熟透的紅蘋果從枝頭墜落,恰好落在牛頓腳邊。他彎腰撿起蘋果,若有所思地看著手中的果實,又抬頭望向天空。

“這就是傳說中啟發萬有引力的蘋果?”劉彬在青林耳邊低語,眼中滿是興奮。

青林搖搖頭:“更準確地說,這是一個契機。牛頓早已在思考引力問題,蘋果的墜落隻是讓他將地麵物體的運動與天體運動聯係起來。”

“你們覺得,蘋果落地和月球繞地,是同一種力在作用嗎?”牛頓突然問道,目光直視三人。

吉力大師微微一笑,從袖中取出一個自製的單擺儀器——那是他結合了古代星象儀和現代力學原理的產物:“我們不妨做個實驗。”他將單擺固定在木屋的房梁上,拉動鉛球使其擺動,“您看,單擺的擺動周期是固定的,這與擺長和某種看不見的力有關。如果將這種力放大到天體尺度,是否能解釋月球的運動?”

牛頓的眼睛亮了起來,他立刻拿起紙筆,開始記錄單擺的擺動數據:“我之前也做過類似的實驗,但我的單擺精度不夠,無法得到準確的周期數據。”

劉彬適時遞上一把刻有精密刻度的直尺:“這把尺子的刻度誤差不超過0.1毫米,或許能幫您提高測量精度。”

牛頓接過直尺,驚訝地發現尺子的材質光滑堅硬,刻度清晰無比:“這是用什麼材料製作的?我從未見過如此精良的工具。”

“是我們用特殊工藝鍛造的合金,”劉彬含糊帶過,“關鍵在於,通過精確測量單擺的周期和擺長,您可以計算出這種‘重力’的大小。”

接下來的幾天,三人留在了伍爾索普莊園,協助牛頓進行一係列實驗。他們沒有直接給出萬有引力公式,而是通過提供高精度工具和引導性提問,幫助牛頓突破思維瓶頸。

牛頓首先用劉彬提供的直尺和計時器,精確測量了單擺的擺動周期。在三人的幫助下,他發現單擺的周期平方與擺長成正比,這一規律讓他更加堅信,地麵物體的重力與天體之間的引力是同一種力。

“但如何將這種力與行星運動聯係起來?”牛頓看著開普勒的行星運動定律,眉頭緊鎖,“開普勒說行星與太陽的連線在相等時間內掃過相等的麵積,這意味著行星的線速度在近日點更快,遠日點更慢。”

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青林指著工作台前的太陽係模型——那是牛頓用木頭和金屬球製作的簡易模型:“您可以嘗試用數學方法推導。如果行星受到太陽的引力,那麼引力的大小應該與兩者的距離有關。”

吉力大師補充道:“開普勒第三定律指出,行星公轉周期的平方與軌道半長軸的立方成正比。或許您可以從這個規律入手,推導出引力與距離的關係。”

牛頓受到啟發,立刻投入到複雜的數學計算中。他的工作台上很快堆滿了草稿紙,上麵寫滿了微積分的雛形公式——這是他為了解決天體運動問題而發明的新數學工具。

“他正在創造一種全新的數學語言。”劉彬悄悄對青林說,眼中滿是敬佩,“沒有微積分,就無法精確描述引力隨距離變化的規律,這才是萬有引力發現的關鍵技術支撐。”

青林點點頭:“科學的突破往往需要多學科的協同。牛頓不僅是物理學家,更是數學家,他用自己發明的工具,解開了宇宙的奧秘。”

幾天後,牛頓遇到了一個難題:他無法精確計算地球與月球之間的引力,因為地球是一個球體,如何將地球的質量等效為一個質點,成為了困擾他的瓶頸。

“我嘗試過多種方法,但計算結果總是與觀測數據不符。”牛頓疲憊地揉了揉太陽穴,“月球的軌道半徑約為地球半徑的60倍,如果重力隨距離的平方反比減弱,那麼月球受到的引力應該是地麵重力的13600,但我的計算結果卻有偏差。”

劉彬心中一動,他知道問題出在地球半徑的測量精度上。17世紀的地球半徑測量值存在誤差,這導致牛頓的計算結果出現偏差,也讓他暫時擱置了萬有引力的研究。

“或許是您使用的地球半徑數據不夠準確。”劉彬說道,同時從背包裡取出一個簡易的三角測量儀,“我們帶來了一種更精確的測量工具,可以幫助您校準地球半徑的數據。”

牛頓立刻來了精神:“真的嗎?我之前使用的是古希臘學者的測量數據,我一直懷疑它不夠準確。”

接下來的幾天,四人一起進行了地球半徑的測量。劉彬的三角測量儀雖然外觀簡陋,但內部采用了未來的精密傳感器,測量精度遠超當時的儀器。他們選擇了莊園附近的兩座山峰,通過測量山峰之間的距離和仰角,精確計算出了地球的半徑。

“結果是6371公裡。”劉彬將測量數據遞給牛頓,“這個數據的誤差不超過1公裡。”

牛頓接過數據,立刻重新進行計算。當他算出月球受到的引力恰好是地麵重力的13600時,眼中閃過難以置信的光芒:“成功了!這說明蘋果落地的力,和月球繞地運動的力,確實是同一種力!”


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