第九章 牛顿——万有引力之父

周日下午，小明和几个同学在小区篮球场打球。

运球、突破、上篮——「进了！」小明兴奋地挥了挥拳头。

休息时，小明坐在场边，望着手中篮球发呆。他随手把球抛向空中，球又落回了地面。

「球为什么总是往下掉呢？」小明喃喃自语，「往上扔，它就往下落。往上跳，也会落下来。为什么呀？」

他越想越觉得奇怪，干脆抱着球往家里跑。

「妈妈！妈妈！」小明冲进客厅，「为什么东西都会往下掉啊？」

妈妈正在看手机，被突然冲进来的小明吓了一跳：「什么？」

「就是……为什么东西都往下掉，不往上飞呢？」小明急切地问。

妈妈笑了笑：「这个问题啊，几百年前有个科学家就想过了。他叫牛顿。」

「牛顿是谁？」

「他是研究天体运行的专家。你有空自己去查查吧。」

小明点点头，决定去问一个真正的「专家「——虽然这个「专家「有点不一样。

夜深了，小明躺在床上望着天花板，忽然感觉房间里的空气轻轻颤动了一下。

一个闪闪发光的小家伙从窗缝里飘了进来，它的身体由淡淡的星尘组成，看起来像一团会发光的小云朵。

「小天，是你吧？」小明坐起身，「妈妈说的那个……星尘精灵？」

「哟，小家伙，你居然知道我的名字。」小天在空中转了个圈，「我在这里睡了好久好久，被你吵醒了。」

「对不起，小天。」小明不好意思地挠挠头，「我想问你一个问题。」

「什么问题？」小天飞到小明面前，好奇地打量着他。

「为什么东西都会往下掉呢？」小明举起手里的篮球，「我把球扔上去，它为什么会落下来？」

小天笑了笑，在空中盘腿坐下：「这个问题问得好！其实，几百年前有个叫牛顿的科学家也问过同样的问题。」

「牛顿？是不是妈妈说的那个？」

「对，就是他。」小天的眼神变得柔和，「要不要我给你讲讲他的故事？」

小明使劲点头，眼睛里充满了期待。

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苹果树下的顿悟

「话说在很久很久以前，大概是三百多年前吧。」小天清了清嗓子，「有个叫牛顿的英国小男孩，住在乡下的一个庄园里。」

「他小时候？」小明问。

「对，不过他不太喜欢那种死板的读书方式。」小天神秘地眨眨眼，「他更喜欢在户外玩耍，爬树、骑马、摆弄机械，什么都想试一试。」

「那他后来怎么成为科学家的呢？」小明追问。

「因为一场瘟疫。」小天的声音变低了，「1665 年，英国爆发了一场大瘟疫。牛顿被迫回到乡下老家躲避。就在那段时间里，他每天在庄园里散步、思考。」

「有一天——「小天故意停顿了一下，「牛顿看到一颗苹果从树上掉下来。」

「苹果掉下来？」小明说，「这有什么好奇怪的？苹果熟了就会掉下来啊。」

「对呀，问题就在这里。」小天说，「牛顿就在想：为什么苹果往下掉，不往旁边飞？为什么不往天上飘？」

小明想了想，觉得这个问题确实有点道理。

「不只是苹果，「小天继续说，「牛顿还想到了月亮。他问自己：月亮也在天上，为什么它不会掉下来呢？」

「对呀！」小明眼睛一亮，「月亮为什么不掉下来？它又没有绳子拴着！」

「这就是牛顿厉害的地方。」小天说，「他通过观察苹果落地，想到了月亮绕着地球转的原因。他发现，地球有一种吸引力，能把东西拉向自己的中心。」

「吸引力？」小明不太明白，「就像磁铁那样吗？」

「差不多！」小天点点头，「磁铁能吸引铁钉，对吧？地球也有类似的能力，只不过地球吸引的是所有有质量的东西。」

「那苹果和月亮受的力是一样的吗？」小明问。

小天的眼睛亮了起来：「问得好，小明！你问到点子上了。牛顿也问了同样的问题。他发现，苹果落地和月亮绕地球转，本质上都是地球的引力在起作用。」

「只是因为月亮距离地球很远，所以它被拉向地心的力比较小。」小天解释道，「月亮受到地球的引力，这个引力一直在改变月亮运动的方向。月亮一边往前飞，一边被地球的引力拉着，所以刚好形成了绕地球转的效果。」

「就像这样——「小天从口袋里掏出一个毛绒球，「想象你手里有个球，你往前扔，它会往前飞一段然后落下来。但如果你的力气足够大，而且地球是圆的，你扔出去的球就会一直往前飞，同时被地球引力不断改变方向，但永远也不会撞到地面上。」

「它会绕着地球转！」小明兴奋地说。

「完全正确！」小天满意地点点头，「这就是人造卫星的原理。人造卫星就是用火箭送到天上，然后让它以合适的速度绕着地球飞。」

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万有引力定律

「那牛顿发现了什么呢？」小明迫不及待地问。

「牛顿发现了万有引力定律。」小天说，「他提出，宇宙中所有的物体之间都存在吸引力。」

「所有物体？」小明惊讶地问，「我也有吸引力吗？」

「当然有！」小天笑着说，「只不过你的质量太小了，所以你感觉不到。但太阳、地球、月亮这些天体，因为质量巨大，它们的引力就很明显。」

「质量越大，引力越强？」小明问。

「对！」小天说，「距离也会影响引力。距离越远，引力越弱。」

小明想了想，举了个例子：「就像灯泡一样？离得远就暗一些，近就亮一些？」

「你真聪明，小明！」小天满意地拍了拍手，「这个比喻很贴切。引力的确和距离有关，就像光线一样，离得越远，感觉到的就越弱。」

「太阳为什么能吸引地球？」小明问。

「因为太阳的质量非常大！」小天说，「太阳的质量是地球的约 33 万倍！它的引力能把八大行星都牢牢抓住，让它们乖乖绕着自己转。」

「地球为什么能吸引月亮？」

「因为地球的质量比月亮大得多！」小天说，「月亮的质量只有地球的约八十一分之一，所以地球能把它拉住。」

「那月亮为什么不掉到地球上呢？」小明又问。

「因为月亮一直在往前飞。」小天解释道，「想象你用绳子拴着一个球，然后甩起来。球会绕着你转，但不会撞到你，因为球有一个往前飞的力。月亮也一样，地球的引力一直在把月亮往下拉，但同时月亮一直在往前飞，两个力刚好平衡，所以月亮能一直绕着地球转。」

「原来如此！」小明恍然大悟，「那月亮永远不会掉下来吗？」

「只要它的速度不变，它就会一直转下去。」小天说，「但如果有一天月亮的速度变慢了，它就会慢慢靠近地球，最后掉下来。」

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飞出地球的梦想

「小天，我想到了一个更有趣的问题！」小明兴奋地说，「人类能飞到太空去吗？」

「当然可以！」小天说，「其实人类早就可以飞到太空了。1957 年，人类发射了第一颗人造卫星。1961 年，加加林成为第一个进入太空的人。1969 年，人类还登上了月球！」

「哇！太厉害了！」小明激动地说，「那他们是怎么飞出去的呢？」

「关键在于速度。」小天说，「地球一直在把我们往回拉，但如果我们的速度快到一定程度，就能挣脱地球的引力，飞向太空。」

「多快才算够快呢？」小明问。

「大约每秒 7.9 公里！」小天说，「这个速度叫做第一宇宙速度。达到这个速度，卫星就能绕着地球转，既不会掉下来，也不会飞走。」

「每秒 7.9 公里？」小明瞪大了眼睛，「那比子弹飞得还快几十倍！」

「没错！」小天说，「如果要飞向火星那样的行星，就需要更快的速度，大约每秒 11.2 公里，这叫第二宇宙速度。」

「那飞出太阳系呢？」

「需要每秒 16.7 公里！」小天说，「这个速度叫做第三宇宙速度。」

小明努力想象这个速度有多快：「一秒钟飞 16.7 公里？那从北京到上海只需要一分钟？」

「差不多吧。」小天笑着说，「但目前人类最快的飞船也远远达不到这个速度。人类想要飞出太阳系，还有很长的路要走。」

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「小天，那引力在生活中有什么应用吗？」小明好奇地问。

「当然有！」小天说，「最常见的应用就是火箭发射。火箭需要达到足够快的速度，才能进入太空。」

「还有呢？」

「还有人造卫星！」小天说，「GPS 导航系统就是靠人造卫星工作的。卫星在天上绕着地球转，我们通过接收卫星的信号来确定自己的位置。你手机里的导航软件，就靠这个在帮你认路。」

「原来 GPS 这么厉害！」小明惊叹道。

「还有气象卫星，「小天继续说，「它们能拍摄云图，帮助气象学家预测天气。所以，下次看天气预报的时候，你可以想想那些在太空中围绕地球运转的卫星。」

小明想了想说：「那如果地球没有引力呢？」

「如果地球没有引力，「小天严肃地说，「所有东西都会飘到太空去！大气层会消失，海洋会飘走，月亮也会飞走。」

「太可怕了！」小明打了个哆嗦。

「所以引力是维持地球生命的重要因素之一。」小天说，「它让大气层紧紧包围着地球，让地球保持温暖，让生命得以存在。」

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引力徽章

小明看了看窗外的夜空，星星在闪烁，但他现在知道了，那些星星之所以能待在特定的位置，是因为它们之间存在着引力平衡。

「小天，「小明认真地说，「我学到了：宇宙中所有物体都在互相吸引。质量越大、距离越近，吸引就越强。」

「不错不错！」小天满意地点头，「你学得很快，小明。」

小天从口袋里拿出一枚闪闪发光的徽章，递给小明。

「恭喜你获得了'引力徽章'！」小天说，「这个徽章的形状是一颗苹果和一条轨道。苹果代表牛顿看到的那颗启发了他的苹果，轨道代表月亮绕地球转的路径。」

「它的象征意义是——「小天继续说，「宇宙中存在着统一的规律，苹果落地和月亮转动，都可以用同一个定律来解释。」

小明郑重地接过徽章，仔细端详着。

「牛顿爷爷太厉害了！」小明说，「他能看到这么简单现象背后的道理。」

「因为牛顿一直保持着好奇心。」小天说，「他从来不停止提问，从来不认为事情'本该如此'。他总是要问一句'为什么'。」

「我也要像他一样！」小明握紧拳头，「以后看到什么奇怪的现象，我都要问一个'为什么'！」

「好！」小天笑着拍了拍小明的肩膀，「这才是正确的学习态度。」

「小明，时间不早了，你该睡觉了。」小天说，「明天还要上学呢。」

小明点点头，把徽章小心翼翼地放在床头柜上。

「谢谢你，小天！」小明说，「我明天要告诉同学们，我学到了万有引力定律！」

「去吧，小明。」小天渐渐变得透明，「保持好奇心，保持提问的热情。宇宙还有很多秘密等着你去发现。」

小明躺在床上，看着窗外的星空。现在他知道了，每一颗星星都在用引力和其他星星「对话「。宇宙虽然很大，但它的运行规则其实很简单、很优美。

明天，他会带着新的眼光去看这个世界。

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（本章完）