離心力是什麼牛頓否認排斥性磁力的存在

離心力是什麼

牛頓否認排斥性磁力的存在，這同他的其他觀點一樣，顯得非常新穎獨到。彗星如果僅僅受到一種持續的吸引力，就會在離開太陽的過程中逐漸減速，沿著一條接近人們所能觀察到的軌道執行。大約就在此時，牛頓發覺只用一種吸引力來解釋彗星也是可行的，從而意識到解決“同一個彗星”問題的辦法。但在寫給弗拉姆斯蒂德的信中，牛頓還是使用了他致胡克的信中提到的術語，說那種“vis centrifuga”或“離心力”在近日點“超過了”引力，從而使彗星不顧太陽的吸引而倒退開去。離心力就是一個沿軌道執行的物體離開吸引體的趨勢。雖然牛頓後來會捨棄離心力的概念，但是持續不斷的引力這一概念卻成為了後來《原理》中所論述的更成熟的動力學的基石。

這時牛頓離認識到應像對待其他天體那樣來對待彗星雖然還有三年之遙，不過已經很近了。1684年8月，埃德蒙·哈雷前去劍橋拜訪牛頓。此前一段時間，倫敦幾位名流學者一直在討論天體動力學的問題。哈雷拜訪牛頓就是這些討論促成的結果。根據牛頓的說法，哈雷當時問他與距離的平方成反比的力量會劃出怎樣的曲線，他不假思索地說經他演算應該是橢圓形。但當他尋找自己的演算證明時，卻怎麼也找不著了。哈雷一直等到11月，才收到了牛頓的一篇短篇數學論文《論軌道中物體的運動》。牛頓在這篇《論運動》中勾勒出的宇宙是一個抽象的體系，其中執行著一個個遵循特定數學規律的物體。牛頓在這裡創造了“向心”這一術語，用來描述在其體系中運作的朝向中心的吸引力。

他把物體藉以“盡力維持自身直線運動”的那種力量定義為“固有力”。牛頓進一步宣稱：除非受到外力的作用，否則物體會永遠沿直線執行下去。這些將共同構成《原理》中第一運動定律的基礎。在標題“假設3”下，牛頓還描述了“力的平行四邊形”定則的雛形。這一定則最終演變成了《原理》中的第二運動定律。在《論運動》的“定理1”中，牛頓證明了開普勒第二定律，這是他整個分析的核心所在。開普勒第二定律適用於一切圍繞一個引力中心旋轉的物體：物體在相等時間內掃過相等的面積。牛頓的證明方法是將繞軌運動滑出的面積分解成一個個無限小的部分。繞軌執行的物體每時每刻都會受到“衝力”的作用，給物體的執行方向帶來無限小的改變，由此產生一系列面積彼此相等的無限小的三角形。

不過，“定理2”與“定理3”研究的並不是衝力，而是連續力。最終而言，連續力都可按照伽利略發現的持續加速公式來研究。這樣，牛頓就提出了兩種力的解釋：一種是“衝”力，由質量與速度的乘積來計量；一種是“連續”力，由質量與加速度的乘積來衡量。這兩種解釋處於緊張狀態，而且這種緊張狀態在《原理》中依然存在。牛頓在“定理3”中表明，繞軌執行的物體受到平方反比力的吸引。他進一步證明，行星就是按照他在論文中勾勒出的定律圍繞太陽旋轉的此類物體。具有重要意義的是，牛頓在“問題3”下證明了平方反比定律支配著在橢圓軌道中執行的物體。此外，他還首次將彗星納入了一個自然哲學的數學體系之中。

牛頓也認為，透過更為精密的分析，甚至還可確定彗星是否具有周期性。在“假設1”下面，牛頓指出他的體系中的物體透過沒有阻力的介質執行。不過，他確實也以“問題6”與“問題7”的形式增加了一些論述阻力介質中的運動的內容。在1684到1685年的冬天，牛頓與弗拉姆斯蒂德有過一系列有趣的通訊。通訊表明，牛頓已在試圖將自己的分析與行星及其衛星的更精確的實際執行圖景聯絡起來，並且正在測驗開普勒第三定律的準確性。在此之前，弗拉姆斯蒂德已讀過牛頓11月寫的《論運動》。他意識到牛頓在論文中暗示，可以將行星當做像太陽一樣具有向心吸引力的物體來對待。與此同時，牛頓還更進一步，假設如果木星支配著自己衛星的運動，那麼木星對其他行星也會施加影響，而其他行星反過來對木星也會有影響。

在1684年12月的一封信中，牛頓索要有關木星“作用”於土星的資料，但弗拉姆斯蒂德拒不承認相距如此之遠的行星能夠互相影響。此時的弗拉姆斯蒂德仍然認為就算有這種作用力，也必然是磁力。1685年早期，牛頓開始修訂《論運動》一文。在修改稿中，原來的“假設”上升到了“定律”的地位。雖然此時牛頓離提出萬有引力理論還有一段時間，但是他已經提出了這一革命性的宣稱：由於行星之間的互動作用無窮無盡且反覆無常，太陽系的重力中心並非一直都處於太陽的位置，因此，行星的執行軌道總是不規則的，也永遠不會是開普勒提出的那種精確的橢圓。多少世紀以來，人們都視行星的軌道為永恆完美的典範，但實際上它們時時刻刻都發生著微小的變化。牛頓指出，行星的實際運動情況繁瑣複雜，非人類的智力所能洞悉。

不過在大體上，人們還是可以將行星的軌道作為橢圓來對待。牛頓後來還會這樣認為：這樣一個宇宙體系能夠保持穩定運作，只能歸功於一位神聖幾何大師的妙手。牛頓在這裡還引進了一個論點，這一論點對其後來在《原理》中採用的方法至關重要：既然彗星的尾巴並未出現明顯的縮減，那麼在宇宙的自由空間中實際上並不存在什麼阻礙彗星執行的物質。現在，牛頓也開始考慮這個問題了：以太不僅精微異常，而且不會產生阻力作用，這樣的以太還能被說成是存在的嗎？牛頓對力改變物體運動方式的分析發生了重大的變化，這使他現在可以重新引入慣性這一普遍化的概念。慣性指一個物體會保持其當前的運動狀態或靜止狀態，而物體的運動或靜止狀態都是相對於被選來當做參照框架的任何體系而言的。

牛頓接著提出了一系列革命性的主要見解。有了慣性這一被相對化的概念，牛頓進而宣佈了一套“定義”，說物體圍繞向心引力來源所做的勻速圓周運動並不是一種簡單的慣性運動，而實際上是物體的運轉速度與一種持續引力共同作用的產物——這種持續引力使物體不斷偏離其原本會採納的路徑。慣性概念具有相對性的含義，這就提出了一個棘手的問題：究竟能否發現絕對的運動？這一問題又回到了牛頓《論重力》中的分析。牛頓意識到這一問題不僅具有神學意義，而且還具有科學含義。因此，他對所下的定義做了補充，在其中強烈主張存在著一個絕對的空間，這個空間獨立於其中的所有東西，“因為一切現象都取決於絕對的量”。正如我們在牛頓向伯內特所說的話中所看到的那樣，牛頓認為普通人透過相對的話語來感受世界，所以先知也以那種語言向他們說話是理所應當的。