早于牛頓一個(gè)世紀(jì)發(fā)現(xiàn)引力？達(dá)芬奇三角運(yùn)動(dòng)草圖得到驗(yàn)證
萊昂納多的重力研究圖表。(Gharib et al.， Leonardo, 2022)
眾所周知，牛頓是 17 世紀(jì)下半葉第一個(gè)提出萬有引力理論的人。顯然這是受到從樹上掉下來的蘋果的啟發(fā)。而最近，加州理工學(xué)院、康奈爾大學(xué)等機(jī)構(gòu)的一項(xiàng)研究認(rèn)為，早在牛頓提出萬有引力定律的一百多年前，意大利文藝復(fù)興三杰之一列奧納多?達(dá)芬奇也對(duì)萬有引力有了基本的認(rèn)識(shí)。
該研究分析了達(dá)芬奇現(xiàn)已數(shù)字化筆記本中的圖表，包括三角形草圖，它們顯示了自然運(yùn)動(dòng)、定向運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)平衡之間的關(guān)系 —— 即對(duì)「重力是一種加速度」的認(rèn)知。
論文地址：https://direct.mit.edu/leon/article-abstract/56/1/21/113863/Leonardo-da-Vinci-s-Visualization-of-Gravity-as-a
達(dá)芬奇舉出的例子中包括了對(duì)「從罐子里倒出沙子」的設(shè)想。這位博學(xué)者（達(dá)芬奇）意識(shí)到，如果罐子沿著水平方向被拉，且速度與向下拉沙粒的力相同，沙子就會(huì)形成三角形的斜邊。認(rèn)識(shí)到下落物體的速度隨時(shí)間而變化是找到地球引力常數(shù)的關(guān)鍵一步。
達(dá)芬奇創(chuàng)立的三角形。
研究人員論文中表示，「大約 500 年前，達(dá)芬奇憑借其想象力和高超的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，并通過一系列巧妙的實(shí)驗(yàn)，試圖揭開重力之謎以及與加速度的關(guān)系。」
這個(gè)引力常數(shù)后來被牛頓用來定義他的運(yùn)動(dòng)定律（包括萬有引力），并被愛因斯坦用于他的廣義相對(duì)論。達(dá)芬奇知道他發(fā)現(xiàn)了什么，但不能確定究竟發(fā)現(xiàn)的是什么。
這種不確定性的部分原因是達(dá)芬奇贊同亞里士多德關(guān)于連續(xù)力（即動(dòng)力）的觀點(diǎn)，該力能夠填滿單體，并為它們提供逆重力運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。對(duì)于慣性原理，物體僅僅繼續(xù)朝著一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，直到它們遇到一個(gè)相反的力。這在當(dāng)時(shí)的科學(xué)領(lǐng)域還沒有建立起來。
在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室做達(dá)芬奇的實(shí)驗(yàn)。
與此同時(shí)，亞里斯多德將引力解釋為物質(zhì)按照自然順序排列的一種趨勢(shì)。換句話說，重力和飛行的彈體是通過兩種截然不同的理論來解釋的。
實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)
雖然達(dá)芬奇的計(jì)算中存在錯(cuò)誤，但在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)他實(shí)驗(yàn)的再現(xiàn)表明，與現(xiàn)代方法和方程相比，達(dá)芬奇的算法計(jì)算出難以捉摸引力常數(shù) (「g」) 的準(zhǔn)確率達(dá)到了 97%。
研究人員寫到，「通過發(fā)展幾何等效方法來證明運(yùn)動(dòng)定律，達(dá)芬奇對(duì)下落物體的動(dòng)力學(xué)研究表現(xiàn)出了其非凡的洞察力，只要能夠假設(shè)『g』代表速度或加速度的變化率，就不需要知道『g』的確切值。」
如果達(dá)芬奇進(jìn)行了他在手稿中描述的實(shí)驗(yàn)，那么很可能是第一個(gè)在非自由落體狀態(tài)下有意識(shí)地產(chǎn)生『g』力效應(yīng)的人。
研究人員對(duì)達(dá)芬奇的方法產(chǎn)生了特別深刻的印象：他利用了當(dāng)時(shí)可以利用的東西（主要是幾何）來研究未知的東西。如今，同樣的創(chuàng)新仍然可以應(yīng)用于科學(xué)領(lǐng)域。
牛頓并不是單純靠自己提出的萬有引力定律：伽利略在 1604 年就認(rèn)識(shí)到了自由落體運(yùn)動(dòng)和時(shí)間之間的關(guān)系，而牛頓自己表示伊斯梅爾?布利奧和博雷利的發(fā)現(xiàn)為他的理論提供了依據(jù)。
事實(shí)證明，同樣在正確軌道上行進(jìn)的還有達(dá)芬奇，他發(fā)現(xiàn)了物體下落的模式，后來被用來解釋恒星和行星的運(yùn)動(dòng)，并以預(yù)測(cè)海王星的存在而聞名。
論文作者之一、加州理工學(xué)院機(jī)械工程師 Morteza Gharib 表示，「我們不知道達(dá)芬奇是否做了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，或者更深入地研究了這個(gè)問題。但事實(shí)上，他在 16 世紀(jì)早期就以這種方式嘗試解決問題，這表明他的思想是多么超前。」
