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2003 年 10 月 13 日

人類對於宇宙的科學認知 (13) : 牛頓的「萬有引力」
     提供者 : 陳輝樺 (AEEA 小組 , NMNS )

說明 : 瞭解了哥白尼 （Nicolaus Copernicus, 1473 — 1543）所提倡的 「日心地動說」， 人們接著問道：「行星們為什麼會繞著太陽轉動呢？」、 太陽有何其特別的地位？ 1703 年，法國哲學家笛卡兒 (Rene Descartes, 1596 - 1650) 提出 「太陽渦流 (solar vortex)」的概念， 試圖說明行星繞行太陽公轉和彗星出沒的機制，如上圖所示。

        接著沒多久， 牛頓〈Isaac Newton, 1642 - 1727〉以數學方程式的架構來探究行星、彗星和太陽之間的互動機制。 在牛頓力學裡描述宇宙中的每個質點與其他質點之間， 都存在著一種由質量引起的引力性交互作用， 其引力的大小與兩質點質量 (m1 和 m2 ) 乘積成正比、 與其間的距離 r 的平方成反比， 這種交互作用稱為「重力 (Gravity)」。 上述關係稱為「牛頓萬有引力定律」， 列式如下： F = G m1 m2 / r2, 式中 G 為萬有引力常數 (又稱為重力常數)， 其值為 6.673 x 10-8 厘米3 / 克 秒2。 也就是這種「重力」束縛著行星會有繞行太陽的公轉運動。

        至於「萬有引力的本質為何 ?」此問題需等到 愛因斯坦的相對論才得以解答。 換言之，重力是一種看不見的力，它究竟如何發生作用仍有待瞭解，但不論物體是多麼小都有重力， 即將其他物體拉向自己的力量，重力是將宇宙聚集在一起成星球、 成星系的一種力。 這種力的大小視這兩物體質量的大小和距離而定。 例如，地球表面的物體 (質量為 m) 都會和地球產生重力 (或稱為「重量 (Weight)」 W = m g)， 這重力的方向都指向地心 (所以也稱之為「地心引力」)、 而力的大小 (W) 和物體質量 m 成正比，式中「重力加速度」 g = G M / R2， M 為地球質量，R 為地球半徑。g 值約為 980 厘米 / 秒2。

明日主題 : 人類對於宇宙的認知 (14) : 20 世紀前的宇宙觀演進
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主編 : 陳輝樺 、 王夕堯
                          諮詢服務 : 陳輝樺 或 (NMNS 國立自然科學博物館)
                                  王夕堯 (NTPU 國立台北大學)
                                                       蘇明俊 (NKNU 國立高雄師範大學科教所)


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