视频内容简介:
我们都知道,牛顿发现万有引力遵循平方反比定律,即引力大小与距离的平方成反比,从而解释了行星为何会沿椭圆轨道运行。
但一个有趣的问题是,如果引力不是这样,而是像弹簧一样,力的大小与距离成正比(即遵循胡克定律),行星的轨道居然也是椭圆。两种截然不同的力,却能产生相同的运动轨迹,这并非巧合。牛顿在《自然哲学的数学原理》中深刻揭示了它们之间的联系。
牛顿当时的证明思路和我们现在课本上学的不太一样。他是从结果反推原因的:他首先知道行星轨道是椭圆,且太阳在椭圆的一个焦点上。他假设有一个指向太阳的力,并且这个力能通过F=ma影响行星运动。基于这些,他最终成功推导出这个力必然符合平方反比规律。
在这个过程中,一个关键的桥梁是:如果他先把引力中心假设在椭圆的几何中心,那么让行星做椭圆运动的力正好是符合胡克定律的(力与距离成正比)。然后,他通过一个巧妙的数学比例关系(加速度比值公式),将力中心从几何中心切换到焦点上,从而证明在焦点处的力必然与距离的平方成反比。
本视频翻译自:
https://www.youtube.com/watch?v=1ubTR3HzAI4