牛顿三定律跟中国有啥关系？孙玉良：火药传到欧洲后他领到了任务

文｜孙玉良

牛顿是世界科技史上最伟大的科学家之一，他发现的惯性定律、加速度定律与作用力与反作用力定律，定格了他在科技史上的地位。一个美丽的传说是，一个苹果从天而降砸到了他的头上，促使他悟出了“万有引力”。实际上，这样的段子是查无实据的，历史学家对此一直存疑，因为牛顿本人从未提及此事。这个传说最早是由哲学家伏尔泰在他的著作《哲学通信》中说的，他声称这是从牛顿侄女那里听来的轶事，乃至流传了几百年。

真实的历史，牛顿发现万有引力定律，如果追根溯源，万有引力定律来自于中国科学家发明火药。众所周知，中国从唐朝时就发明了火药，孙思邈在他的《丹经内伏硫磺法》中就记载了硝石、硫磺和炭化皂角子混合后用火点燃能猛烈燃烧的现象，这是公元七世纪的事。1240年左右，火药传入阿拉伯世界，不久传入欧洲，15～17世纪是火药兵器在欧洲发展的黄金时代，牛顿出生于1643年，当时欧洲各国进入军事技术竞赛时代，火药和火炮成为战场主宰。牛顿的大量手稿和通信显示，他在1660-70年代的研究重点之一是炮弹弹道学，如何精确计算炮弹轨迹、提高命中率，成为各国军方迫切需要的知识，牛顿在1667年成为剑桥三一学院研究员后，获得了英国军方的科研经费支持，他领到的任务十分明确，就是研究炮弹在空中飞行的数学规律。

历史的真相是，牛顿发现万有引力定律并非因为砸到他头上的苹果，而是来自于他领到的英国军方的任务。英国军方要求他的研究精确计算不同角度、初速下的弹道轨迹，探索空气阻力对抛射体的影响，预测炮弹落点等等。在这些计算中，牛顿不得不深入思考力、运动和质量之间的关系，而这正是牛顿三大定律的雏形。所以不是什么砸到头上的苹果，而是他的弹道学研究为其发现物理定律提供了关键启示。通过计算炮弹从射出到落地的全过程，他意识到有一种力在持续作用，使炮弹轨迹呈现抛物线而非直线。牛顿进一步推论：如果这种力能够作用于飞行中的炮弹，为何不能作用于月球？为何不能让行星围绕太阳运转？这一思维飞跃最终引领他提出了万有引力理论——任何两个物体之间都存在相互吸引的力，与它们质量的乘积成正比，与距离的平方成反比。

牛顿在《自然哲学的数学原理》中明确展示了万有引力理论如何解释天体运动，同时也详细讨论了抛射体运动。他甚至设想从高山顶端以足够大的速度水平发射炮弹，炮弹将永远不会落地，而是持续绕地球旋转——这几乎是现代人造卫星概念的雏形。这一思想实验清晰展示了天体力学与弹道学之间的深刻联系。牛顿是在承接前人数百年研究成果的基础上，在特定社会需求推动下，通过严谨数学计算和实验得出了他的理论。几千年来，军事需求驱动科技创新的案例屡见不鲜。从阿基米德为叙拉古设计防御武器，到二战期间原子弹的研制，再到冷战推动航天竞赛，人类科学进步往往与军事应用紧密相连。牛顿的万有引力发现也没有脱离这一规律，绝非一个苹果砸到他头上引发他的好奇心。

我们今天仰望星空，感叹牛顿智慧的同时，不应忘记那段充满火药味的研究历程。科学真理的发现之路，往往比后世简化的传说更加复杂。可以说，没有中国发明的火药，就没有牛顿发现的“物理学三定律”。牛顿也算是一名军事科学家，他是为英国军方服务的。而英国成为当时的“日不落帝国”，也是站在“巨人”中国的肩膀上。