牛顿对万有引力定律从1665年研究开始,到1686年提出,经历了20多年。对万有引力的发现过程和发现权还有过不同的说法。
意大利佛罗伦萨实验学院的院士博雷利,系统地研究了开普勒的行星运动三定律,1666年提出行星的椭圆轨道是两种相反力量的合成,一是行星被吸向太阳的引力,一是使行星离开太阳的离心力。就像一个小球用线系住旋转起来做圆周运动一样。但是博雷利没有能够计算出太阳与行星之间引力的具体数值。博雷利提出的太阳与行星之间引力与离心力平衡的观点,对力学的发展是一大贡献。
另一位对万有引力做出重大贡献的是罗伯特·胡克。他是英国著名的物理学家和天文学家,在光学、天文学、生物学等方面都有重大成绩,在力学方面的贡献更是卓越,是早期探索万有引力的科学家之一,并发现了有名的弹性定律。
罗伯特·胡克,1635年出生于英格兰南方海边的威特岛,父亲是一位牧师。胡克生来体弱多病,常常因头痛而不能坚持学习。望子成龙的父亲不再对胡克抱有什么希望,而听其自然了。13岁那年父亲去世了,胡克非常伤心,今后怎么生活呢?好心的威斯敏斯特中学校长巴斯比收留了他。
从此,胡克开始了半工半读的求学生活,一边勤奋学习,一边做仆从、金匠、木工等多种临时性工作。通过不懈的努力,终于进入人才辈出的牛津大学读书。毕业后,被推荐到牛津大学波义耳的实验室,担任著名科学家波义耳的助手。胡克开始了他漫长的科学生涯。
胡克以他高超的实验及设计能力,1662年被选为英国皇家学会会员,并被指定为英国皇家学会的实验室主任。
在力学的研究中,胡克认为,地球和地球上的物体之间肯定有某种吸引力,如果没有这种引力的话,那么地球在自转的时候,这些物体就会像雨伞上的水珠一样,因旋转而向四周飞散。
1662年后,胡克曾在高山、平地和深矿井中,多次测量同一物体的重量,来寻找物体的重量随着离地心距离的变化而变化的关系。
1674年,胡克根据惠更斯的物体圆周运动的向心力定律和开普勒定律,提出三个假设:第一,一切天体都具有倾向其中心的吸引力,它不仅吸引其本身各部分,而且还吸引其作用范围内的其他天体。
第二,凡是正在作简单直线运动的任何天体,在没有受到其他作用力使其倾斜,并使其沿着椭圆轨道、圆周或复杂的曲线运动之前,它将保持直线运动不变。
第三,受到吸引力作用的物体,越靠近吸引中心,其吸引力也越大。
这三条假设,已经包含了万有引力的一些问题,虽然没有能够完全证实,但却为牛顿发现和证明万有引力定律奠定了重要的基础。
1679年,胡克找到了平方反比定律。他写信给牛顿,提出了自己的研究设想。事实上,这时牛顿已经发现了万有引力定律,但治学严谨的牛顿没有立即发表,对胡克的来信也没有答复。
1686年,牛顿完成《自然哲学数学原理》,公布了他的万有引力定律。
胡克声明引力的平方反比定律是他首先发现的。1693年,胡克在皇家学会的会议上,又正式提出他发现万有引力的优先权问题。牛顿声明说,早在1666年他就发现了万有引力定律。
由于牛顿在科学上的成就卓著,影响巨大,1703年担任英国皇家学会的会长,使得胡克与牛顿的争论在他后来的科学史上没有得到应有的地位。
惠更斯对万有引力的发现也做出过贡献。他是荷兰人,是著名的物理学家,数学家,天文学家。惠更斯因提出光的波动说而著名,在他的力学名著《摆钟论》中提出了力学系统守恒的原则,创立了振动中心理论。1684年,提出了力的反比定律。
再有一位对万有引力定律的发现做出贡献的是英国著名天文学家哈雷,他首次用万有引力推算出一颗彗星的轨道。1684年,哈雷悬赏征求对行星作用力的计算,胡克提出了一个计算方法,哈雷不太满意。牛顿通过严格的数学方法提出了万有引力。
从这几个科学家对万有引力定律的研究过程来看,牛顿在提出万有引力时,答案已经比较接近了,但牛顿是这些杰出人物中的一位更杰出的代表,其严格的数学方法和严密的逻辑体系对科学发展的影响极为深远。
牛顿的力学定律,已经构成了经典力学的基本内容,所以人们习惯把经典力学称为牛顿力学。