科普：雨滴、种子和万有引力

当阳光播撒向大地，江河湖海中的少量水分子获得了较高的运动速度，突破水面进入到空气中。这些水分子在高空遇到冷空气就会凝结成直径大约为0.01~0.02毫米的小水滴，这些小水滴聚集在一起就形成了云。

云中的这些小水滴会相互碰撞合并，也会不断通过凝结和凝华不断增大体积。当这些小雨滴的直径 达到1~2毫米的时候，空气中的上升气流就无法继续托住它们在空中飘行，便从云中坠落地面，这就是降雨。

当雨滴开始下落的时候，就只剩下雨滴和地球之间的相互吸引，雨滴在重力的作用下会产生加速度，下落的速度越来越快。随着坠落的距离增加，雨滴获得的速度也在增加，不过在地球表面，这个问题并不简单。

重力的加速度是有限的。因为雨滴受到的力不止重力一种，雨滴所受到的加速度取决于所有力的合力。随着速度的增加，单位时间内需要推开的空气越来越多，空气会阻挡雨滴的下落，部分抵消重力的效果。

到了某个时刻，雨滴所受到的重力与空气阻力达到平衡，则雨滴的下落的速度就不再增加。按照经验公式，1毫米的雨滴下落的平衡速度为6米/秒左右，2毫米的雨滴最后的速度大约为11米/秒。这就是为什么雨滴从很高的天空中坠落下来砸在我们身上，我们却没有受伤的原因。

如果把雨滴换成人，想在地面附近获得重力与空气阻力平衡的话，这个大约需要达到53米/秒。如果人是以一个较低的速度坠落，空气阻力基本上可以忽略不计。一个人如果从5米的空中坠落，其接触地面时候的速度大约为10米/秒，这样的速度已经足以让一个未经训练的人受到严重的伤害。

我们脚下这颗星球对于它表面及附近的物体一视同仁，都会产生一个吸引的力量，这个力量指向这颗星球的质心。正是因为这个力的存在，我们才有了上和下的概念。然而种子，同样能够感受到重力的存在。

不论采用什么角度将种子埋在土壤里，当它发芽的时候，嫩芽都会顽强地顶开土壤，而根着扎向地下。植物能够知道上下，是因为细胞内有一种的淀粉颗粒。这些颗粒的密度大于细胞内的其它物质，它们沉到细胞的底部，蛋白质织成的网络可以感知到这些颗粒的位置。

1687年，英国科学家艾萨克牛顿出版了著名的《自然哲学的数学原理》一书，首次提出了万有引力定律。任意两个质点有通过连心线方向上的力相互吸引，该引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比，与两物体的化学组成和其间介质种类无关。

牛顿的万有引力定律以简洁、明确、有效地解释了我们这个星球对地面物体的吸引，以及天体之间相互吸引的规律，我们只需要知道两个物体之间的质量和质心的距离就可以计算它们之间的引力大小。

不过牛顿的引力解释尽管相当巧妙，却有一个致命的缺陷，他并没有指出引力产生的根源。引力这种超距作用究竟从何而来？难道有一根看不见的绳子？或者是天使的推动？直到230年后，爱因斯坦提出了广义相对论，这个问题才有了比较令人满意的答案。

不过，牛顿的万有引力定律从它诞生直到今天仍然被应用，因为它真的很有效。