石头到底为什么往下落,牛顿之前的人怎么看?

对于现代人来说,牛顿力学的存在就像空气一样自然,但是,它远没有大家想象的那么符合直觉。举个例子,惯性定律(牛顿第一定律)在牛顿力学中的地位举足轻重,如果没有它,后面的事情就没法玩了。

惯性定律说了什么呢?它说任何物体在不受力或者受到的合外力为0事,都将保持静止或者匀速直线运动。但是,我们在日常生活中见到过一直保持匀速直线运动的物体么?我们看到的都是运动的物体最终都会停下来:运动的皮球会停下来,飞舞的蒲公英也会停下来,苹果落到地面也会停下来。所以,日常生活中根本没有什么一直保持匀速直线运动下去的物体,惯性定律其实是一条非常反直觉的定律。

在17世纪以前,人们从日常生活中归纳出来的运动定律不是惯性定律,不是物体不受力就会一直保持匀速直线运动,而是运动的物体都会停下来。如果大家从日常生活中总结出来的运动定律是运动的物体最终都会停下来,那么我们要如何解释石头下落呢?

既然运动的物体最终都会停下来,那下落的苹果也会停下来,问题的关键就成了它会停到哪里?稍加分析就会得出如果没有任何阻碍,苹果最终会停到地心处。那么为什么石头最终是停在地心,而不是宇宙的其它地方呢?那只能假设地心是宇宙中一个非常特殊的地方,所以人们就只能假设地球是宇宙的中心,而地心就是这个最特殊的地方,所以石头才往这里掉落。

然后,既然地球是宇宙的中心,那么就应该理所当然的是太阳围着地球转,而不是地球围着太阳转。其实,早在古希腊时期,就有人提出了日心说,但托勒密最终选择了地心说,因为只有这样,才不跟我们前面说的东西发生冲突。

而且,那时候的人们还发现了一个关于地心说强有力的证据,就是没有观测到恒星视差。简单来说就是远处的恒星相对地球的位置好像没有变化,如果地球在高速运动,我们看远方星星的视角也会慢慢发生变化。既然现在没有发现这种变化,那可能性就只有两种:第一,地球是静止的;地球,地球在运动,但是恒星距离我们非常非常远,距离太远导致看到恒星视差没什么变化(就像你走了100米,但是北京距离你的相对位置还是没啥改变似的)。

于是人们选择了第一种,因为第二种需要假设宇宙比人们认为的大太多太多了,他们不可能想得到宇宙有我们今天认为的如此之大。

于是,运动的物体都会静止,地球静止在宇宙的中心,石头会往宇宙中心落就成了环环相扣的一系列结论,这些结论构成了牛顿以前人们的宇宙图景。在那样的实验水平下,这样认为其实是非常合理而且正常的,他们基于那样的实验,基于那样的观测现象做出了那样合乎逻辑的推理。

当然,这只是个简略的说明,我在新书《什么是高中物理》里做了更加详细介绍。#什么是高中物理# N什么是高中物理
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