雨滴、種子和萬(wàn)有引力

當(dāng)陽(yáng)光播撒向大地，江河湖海中的少量水分子獲得了較高的運(yùn)動(dòng)速度，突破水面進(jìn)入到空氣中。這些水分子在高空遇到冷空氣就會(huì)凝結(jié)成直徑大約為0.01~0.02毫米的小水滴，這些小水滴聚集在一起就形成了云。

云中的這些小水滴會(huì)相互碰撞合并，也會(huì)不斷通過(guò)凝結(jié)和凝華不斷增大體積。當(dāng)這些小雨滴的直徑 達(dá)到1~2毫米的時(shí)候，空氣中的上升氣流就無(wú)法繼續(xù)托住它們?cè)诳罩酗h行，便從云中墜落地面，這就是降雨。

當(dāng)雨滴開(kāi)始下落的時(shí)候，就只剩下雨滴和地球之間的相互吸引，雨滴在重力的作用下會(huì)產(chǎn)生加速度，下落的速度越來(lái)越快。隨著墜落的距離增加，雨滴獲得的速度也在增加，不過(guò)在地球表面，這個(gè)問(wèn)題并不簡(jiǎn)單。

重力的加速度是有限的。因?yàn)橛甑问艿降牧Σ恢怪亓σ环N，雨滴所受到的加速度取決于所有力的合力。隨著速度的增加，單位時(shí)間內(nèi)需要推開(kāi)的空氣越來(lái)越多，空氣會(huì)阻擋雨滴的下落，部分抵消重力的效果。

到了某個(gè)時(shí)刻，雨滴所受到的重力與空氣阻力達(dá)到平衡，則雨滴的下落的速度就不再增加。按照經(jīng)驗(yàn)公式，1毫米的雨滴下落的平衡速度為6米/秒左右，2毫米的雨滴最后的速度大約為11米/秒。這就是為什么雨滴從很高的天空中墜落下來(lái)砸在我們身上，我們卻沒(méi)有受傷的原因。

如果把雨滴換成人，想在地面附近獲得重力與空氣阻力平衡的話，這個(gè)大約需要達(dá)到53米/秒。如果人是以一個(gè)較低的速度墜落，空氣阻力基本上可以忽略不計(jì)。一個(gè)人如果從5米的空中墜落，其接觸地面時(shí)候的速度大約為10米/秒，這樣的速度已經(jīng)足以讓一個(gè)未經(jīng)訓(xùn)練的人受到嚴(yán)重的傷害。

我們腳下這顆星球?qū)τ谒砻婕案浇奈矬w一視同仁，都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)吸引的力量，這個(gè)力量指向這顆星球的質(zhì)心。正是因?yàn)檫@個(gè)力的存在，我們才有了上和下的概念。然而種子，同樣能夠感受到重力的存在。

不論采用什么角度將種子埋在土壤里，當(dāng)它發(fā)芽的時(shí)候，嫩芽都會(huì)頑強(qiáng)地頂開(kāi)土壤，而根著扎向地下。植物能夠知道上下，是因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)有一種的淀粉顆粒。這些顆粒的密度大于細(xì)胞內(nèi)的其它物質(zhì)，它們沉到細(xì)胞的底部，蛋白質(zhì)織成的網(wǎng)絡(luò)可以感知到這些顆粒的位置。

1687年，英國(guó)科學(xué)家艾薩克?牛頓出版了著名的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書(shū)，首次提出了萬(wàn)有引力定律。任意兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)有通過(guò)連心線方向上的力相互吸引，該引力大小與它們質(zhì)量的乘積成正比與它們距離的平方成反比，與兩物體的化學(xué)組成和其間介質(zhì)種類無(wú)關(guān)。

牛頓的萬(wàn)有引力定律以簡(jiǎn)潔、明確、有效地解釋了我們這個(gè)星球?qū)Φ孛嫖矬w的吸引，以及天體之間相互吸引的規(guī)律，我們只需要知道兩個(gè)物體之間的質(zhì)量和質(zhì)心的距離就可以計(jì)算它們之間的引力大小。

不過(guò)牛頓的引力解釋盡管相當(dāng)巧妙，卻有一個(gè)致命的缺陷，他并沒(méi)有指出引力產(chǎn)生的根源。引力這種超距作用究竟從何而來(lái)？難道有一根看不見(jiàn)的繩子？或者是天使的推動(dòng)？直到230年后，愛(ài)因斯坦提出了廣義相對(duì)論，這個(gè)問(wèn)題才有了比較令人滿意的答案。

不過(guò)，牛頓的萬(wàn)有引力定律從它誕生直到今天仍然被應(yīng)用，因?yàn)樗娴暮苡行?/span>。