¿Newton realmente descubrió la teoría de la gravitación universal porque fue golpeado por una "manzana"?

La historia de la manzana de Newton debe ser bien conocida por todos. Se puede decir que es una buena historia en la comunidad científica. Se dice que el propio Newton escapó de la peste en su país entre 1665 y 1666. Un día, Newton estaba pensando bajo un manzano en su patio trasero. Una manzana que cayó le golpeó en la cabeza y de repente sus ojos se iluminaron. ¿Por qué la manzana no corre de lado, sino que cae hacia el centro de la tierra? Entonces hay gravedad.

Esta historia suena realmente famosa y hermosa, pero piensas que la gravedad es la verdad detrás de la apariencia de todo. Aunque es el atributo esencial de las cosas, esta verdad está profundamente oculta. ¿Podría una manzana mantener despierto a Newton? Y si lo piensas bien, ¿puedes creer que Newton nunca vio caer nada excepto manzanas en su vida? Obviamente imposible, ¡Newton podía ver objetos cayendo hacia el centro de la Tierra en cualquier momento! Entonces, ¿por qué una manzana creó el mito de Newton? ¿En lugar de una taza o un bolígrafo? Obviamente, este mito es sólo un mito y está bien que los niños lo lean. Para comprender verdaderamente la ciencia, es necesario saber cómo el propio Newton descubrió la gravedad.

En primer lugar, ¿de dónde surgió el mito de la manzana de Newton? De hecho, este incidente no es una anécdota. Fue contado por el propio Newton en sus últimos años, así como por sus descendientes relacionados, incluida la biografía de Newton escrita por sus compatriotas. Así que es seguro que el propio Newton dijo que la manzana le rompió la cabeza. Entonces la pregunta es: ¿por qué Newton inventó el mito de la manzana? Hablaremos de esto más tarde. Sabemos que el surgimiento de cualquier teoría científica no surge de la nada, debe contar con los esfuerzos y contribuciones de sus predecesores. También lo hace la gravedad.

Antes de Newton, muchos grandes físicos y astrónomos habían sentado las bases para el nacimiento de la teoría de Newton. El propio Newton lo dijo, y todo el mundo lo sabe: si he visto más lejos que los demás, es porque estoy sobre los hombros de gigantes. Entonces, ¿quién es este gigante del que habla Newton? Creo que son tres: Kepler, Galileo y Descartes. Las contribuciones de estas tres personas básicamente anunciaron el nacimiento de una nueva física. Lo que faltaba era el genio de Newton. Verá, la teoría heliocéntrica gobernó a la humanidad durante casi 2.000 años, hasta que Copérnico publicó "Sobre el movimiento de la esfera celeste" en 1543, que invirtió las posiciones de la Tierra y el Sol.

Nació la teoría heliocéntrica. En ese momento, la teoría heliocéntrica de Copérnico todavía continuaba la órbita de movimiento circular uniforme en la teoría geocéntrica, es decir, la órbita del planeta todavía era un círculo perfecto, girando alrededor del sol a una velocidad uniforme. Este modelo, aunque más cercano a la realidad, no predice los movimientos celestes en ese momento con mayor precisión que el modelo actual de Ptolomeo. Así que este modelo no es perfecto y obviamente existen grandes problemas. ¿Entonces apareció Kepler, pasando por Tycho? La gran cantidad de datos de observación obtenidos por Bra utilizó ajustes y conjeturas para definir la órbita del planeta como una elipse, con el sol en uno de los focos de la elipse. Éstas son la primera, segunda y tercera leyes del movimiento planetario de Kepler, y no entraré en detalles aquí.

Propuso las leyes de Kepler y las aplicó a los planetas del sol y a los cometas para calcular las órbitas de los cuerpos celestes lo que concordaba bien con los datos conocidos en la época. Esto demuestra que el modelo heliocéntrico de Kepler describe de manera verdadera y precisa la verdadera situación del movimiento planetario en el sistema solar. Pero sólo se puede decir que las leyes de Kepler están por encima de la apariencia de las cosas y pertenecen a la teoría empírica. No podía explicar por qué los planetas giraban alrededor del sol después de que se rompiera la esfera celeste y por qué las órbitas de los planetas eran elípticas. y otras preguntas, porque estas preguntas están relacionadas con las razones esenciales de las cosas, es decir, las teorías científicas reales detrás de ellas, más que con reglas generales.

Entonces, después de que se propusieron las tres leyes de Kepler, al principio no mucha gente las creyó. Después de todo, no respondiste completamente a su pregunta. Pero con el descubrimiento de los satélites de Júpiter por parte de Galileo en 1609 y el descubrimiento de la transición de fase de Venus, la gente comenzó a aceptar gradualmente la teoría heliocéntrica. En 1631, las leyes de Kepler se utilizaron para predecir el tránsito de Venus y Mercurio, algo que nunca antes se había observado. En este punto, la gente finalmente ha aceptado el modelo del sistema solar de Kepler, pero en este caso, hay una pregunta que requiere que toda la comunidad científica encuentre una respuesta. Es decir, el nuevo modelo del universo necesita nueva física como soporte para resolver los difíciles problemas dejados por Kepler.

Hablemos aquí de Galileo. Su contribución a la mecánica sigue siendo considerable.

El famoso experimento de la Torre Inclinada de Pisa (debe haberse realizado el experimento del plano inclinado) anuló la afirmación de Aristóteles de que un objeto se ve obligado a moverse y la fuerza mantiene el movimiento del objeto. Galileo creía que la fuerza sólo era responsable de cambiar la velocidad de un objeto. Esto era muy importante para Newton porque estaba muy cerca de la segunda ley de Newton. Aquí está Descartes, el genio del siglo XVII. Es el pionero de la revolución de la física moderna y el sólido fundador de la mecánica newtoniana.

Propuso que el universo está compuesto de materia y movimiento, nada más. Esta idea rompe la distinción entre cielo y tierra que creía Aristóteles. En otras palabras, las mismas teorías que usamos para explicar las cosas en la tierra también se pueden usar en el cielo. No hay cielo ni tierra en absoluto. El cielo y la tierra son iguales y siguen las mismas leyes físicas. Esto también es importante, porque esta idea permitió a Newton atreverse a tratar a la manzana y a la luna por igual, y extender la fuerza de la caída de la manzana a la luna y otros cuerpos celestes importantes.

Además de las ideas anteriores, Descartes también propuso que el movimiento de los objetos en el universo puede ser autosostenible y la cantidad se conserva. ¿Te resulta familiar esto? Sí, esta es la ley de inercia y la primera ley de Newton. Por tanto, el éxito de Newton no reside sólo en sus geniales ideas, sino también en el hecho de que sus predecesores estaban plenamente preparados para ello. Ahora hablemos de Newton. Es verdaderamente un genio que nunca se ha visto antes ni después, y es raro verlo en cientos de años. No importa a dónde vayas, eres tan sobresaliente, sobresaliente y deslumbrante. Cuando Newton estudiaba en el Trinity College de Cambridge en 1661, fue básicamente autodidacta. Lo que le enseñaron en la escuela no le llamó la atención en absoluto. Absorbió las últimas y más vanguardistas teorías astronómicas, filosóficas y matemáticas de la época. Por supuesto, Newton debe haber conocido las contribuciones de sus predecesores que mencioné anteriormente, y tenía sus propios puntos de vista superiores. También sabía qué problemas debía resolver la nueva ciencia. Obtener las leyes del movimiento de los objetos.

Y todos los principales científicos de la época sabían que los objetos en la Tierra caen libremente debido a una fuerza que cambia el estado del objeto. ¿Qué es esta fuerza? Cómo describirlo usando las matemáticas es la cuestión más crítica. Evidentemente, esta fuerza es una acción a distancia, y los objetos pueden afectarse entre sí sin tocarse. En ese momento, a excepción de Newton, que se atrevió a tomárselo en serio, nadie más tuvo realmente el coraje. Sabemos que, además de la ciencia, el mayor pasatiempo de Newton era quemar estufas, fabricar vasijas y hacer su propia alquimia. Él creía en esa cosa mágica. Algunas personas dicen que Newton fue el último mago de la historia de la humanidad. Así que esta psicología newtoniana no es excluyente ante el efecto de la distancia. Creía que el universo estaba controlado por un Dios de libre albedrío, que no era nada en absoluto. Ni siquiera Aristóteles podía creer esta acción a larga distancia.

Así que Newton hizo muchos cálculos mientras evitaba la plaga en su casa en 1665. Quería ver si este superpoder podía explicar el movimiento de la luna, por lo que extendió la fuerza que provocó que la manzana cayera hacia la luna. Primero, derivó la fórmula de la fuerza centrífuga, midió la aceleración de la Tierra debida a la gravedad (mediante un péndulo simple) y luego calculó la atracción gravitacional de la Luna sobre la superficie de la Tierra multiplicando la masa de la Luna por la aceleración de la superficie. Luego, la fuerza centrífuga de la luna se calcula según la fórmula de la fuerza centrífuga. La conclusión final es que la fuerza gravitacional de la luna en la superficie es igual a 4325 veces la fuerza centrífuga de la luna. Luego derivó la fórmula del cuadrado inverso a partir de la tercera ley de Kepler. En otras palabras, la magnitud de esta supergravedad es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia del objeto.

Debido a que la distancia entre la tierra y la luna es 60 veces el diámetro de la tierra, se concluye que la fuerza gravitacional de la luna sobre la superficie terrestre debe ser igual a 3600 veces la fuerza centrífuga de la luna. Los datos que Newton usó en ese momento, incluida la masa, la distancia y el período de revolución de la Luna, no eran muy precisos. Estaba un poco confundido por el cálculo. Estos dos valores no son iguales. En ese momento pensó que tal vez esta fuerza a distancia no podría explicar el movimiento de los cuerpos celestes. Entonces dejé la pregunta a un lado. Entonces Newton no entendió la gravedad en absoluto durante la plaga. Ni siquiera un trozo. Entonces no existe ningún mito sobre Apple. Newton pensó en el problema durante los siguientes años, pero todavía amaba la alquimia. En ciencia, Newton también prefería hacer experimentos ópticos que de gravedad, por lo que se puede decir que su atención no estaba en la gravedad.

Hacer que Newton retomara el problema de la gravedad en la carta de Hooke a Newton en 1679 muestra que también estaba estudiando este problema.

Sabemos que Newton y Hooke tuvieron una disputa debido a problemas ópticos. Se podría decir que los dos hombres pelearon entre sí y nadie podía tomar al otro en serio. La carta de Hooke estimuló a Newton, quien pasó los años siguientes repensando y calculando el problema de la gravedad. Por supuesto, el resultado de este cálculo se acerca mucho a la verdad, pero aún puede haber algunos problemas. ¿Y la persona que condujo directamente al nacimiento de la gravedad de Newton fue Edmund? Acosar. Halley era diez años menor que Newton, pero en ese momento Halley ya era profesor de astronomía en la Universidad de Oxford. Su principal objetivo de investigación fueron los cometas. Quería demostrar que los diversos registros de cometas observados por la gente en la historia eran en realidad el regreso de un cometa. Sin embargo, es difícil afrontar la órbita de un cometa tan extraña. De hecho, Halley, Hooke y otros ya sabían que las fuerzas sobre un planeta son inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia. En otras palabras, también obtuvieron este resultado mediante la tercera ley de Kepler.

Pero sus habilidades matemáticas no son buenas y son incapaces de llevar a cabo deducciones y procesos de derivación matemáticos estrictos, por lo que no pueden probar que la fuerza del cuadrado inverso inevitablemente hará que los planetas giren alrededor del sol en órbitas elípticas. Así que Halley sólo pudo ir a Cambridge para visitar a Newton. Las habilidades matemáticas de Newton eran notoriamente buenas. Halley le preguntó a Newton: Si la fuerza sobre un planeta es inversamente proporcional al cuadrado de su distancia, ¿qué tipo de curva es la órbita del planeta? Newton soltó en ese momento que debía ser una elipse y lo descubrí. Newton declaró en ese momento que los resultados de sus cálculos se habían perdido (creía que había un problema con los cálculos), pero le prometió a Halley que podría recalcularlos inmediatamente y enviárselos a Halley. De esta manera, impulsado por Halley, Newton sintió que su idea no estaba equivocada y que la fuerza a distancia en la que inicialmente creía a través de la intuición alquímica también era correcta.

Durante los siguientes tres meses, Newton perdió su alquimia favorita y el horno dejó de arder. En los últimos tres meses, Newton parecía haber muerto. Mediante una derivación matemática rigurosa, demostró rigurosamente que cualquier cuerpo celeste que se mueva en una órbita elíptica experimentará una fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Por supuesto, un objeto sobre el que actúa una fuerza inversa al cuadrado debe sufrir un movimiento elíptico. Después de ver esto, Halley se maravilló de la milagrosa habilidad matemática de Newton. Además, Newton utilizó su propio cálculo para demostrar que R en la fórmula de la gravitación universal es la distancia entre los centros de dos cuerpos celestes. Con el apoyo de Halley, Newton publicó sus resultados en 1687, que fue la obra maestra de la filosofía natural, "Principios de Matemáticas". Este es el primer conjunto completo de teorías de las ciencias naturales y el primer sistema mecánico completo en la historia de la humanidad.

Por primera vez en la historia de la humanidad, Newton utilizó leyes científicas más básicas y profundas para derivar todas las leyes empíricas conocidas en ese momento. Combinando la gravitación universal y la ley de Sanding, se pueden derivar las tres leyes de Kepler. También explica los problemas que plantean las tres leyes de Kepler, lo que permite conocer las razones más esenciales detrás del movimiento planetario. Por supuesto, Halley también utilizó la teoría de Newton para calcular con precisión los parámetros orbitales y el período de los cometas. Como sospechaba Halley, los cometas registrados en 1682, 1607 y 1531 eran en realidad los mismos. Y utilizando la teoría de Newton, se predice que el cometa regresará el 25 de febrero de 1758 65438. Este es el famoso cometa Halley. Se espera que el próximo regreso sea en 2062. Este es el nacimiento de la gravedad de Newton, no sólo por los esfuerzos y la confianza de sus predecesores, sino también por su intuición sobre la alquimia. Además, ¿Newton tardó 20 años en encontrar la teoría de la gravitación universal a partir de una manzana? ¿Puedes creerlo?

Entonces, ¿por qué Newton inventó este mito en sus últimos años? Como se mencionó anteriormente, mientras Newton descubría la gravedad, otros científicos también la estudiaban. Después de todo, él no fue el único en introducir la fuerza del cuadrado inverso. Además, el propio Newton y otros, especialmente Hooke, se pasaron la vida peleándose unos a otros, por lo que en sus últimos años simplemente decir que descubrió la gravedad después de ser golpeado por una manzana durante la plaga podría resolver el debate para las generaciones futuras de una vez por todas. En segundo lugar, el propio Newton era arrogante, orgulloso y le gustaba embellecerse, por lo que inventar esos mitos también estaba en consonancia con su estilo. Finalmente, tal mito podría oscurecer el hecho de que se inspiró en la alquimia para sus estudios y cálculos de la gravedad. Una manzana puede resolver todos los problemas anteriores.