天和地的统一

牛顿生活在17世纪末，当时的教会和学者相信两种截然不同的法律。管理天堂的法律是完美和谐的，而地球上的凡人却生活在粗糙和粗俗的物理定律之下。

任何坚持认为月球是非完美的、抛光的球体，或者认为地球围绕太阳旋转的人都可以被教会处死。乔治·布鲁诺（Giordano Bruno）在1600年被绑在火刑柱上烧死，只因他推测太阳只是另一颗恒星。他的结论是，“有无数个太阳，还有无限多的地球围绕这些太阳旋转……”几十年后，伟大的天文学家和物理学家伽利略·加利利不得不在死亡的痛苦中放弃自己的地球围绕太阳转动的异端言论。（即使在审判中，他被迫否定自己的科学发现，他仍低声嘀咕道：“但是，地球确实在转动！”）

所有这一切从艾萨克·牛顿开始改变，那时，他是剑桥大学一个23岁的学生。可怕的黑死病席卷了那片土地，欧洲的多数大学和其他机构关闭，他被送回家。牛顿有了很多的时间，他观察物体落到地上的运动，一瞬间，他构思了控制所有下落物体运动路径的著名理论。

牛顿是通过自问革命性的问题得出自己理论的——月亮是否也会下落？

根据教堂的说法，月亮留在天上是因为它遵守地球法律无法达到的天上法律——地球的法律是强迫物体落地，天上法律则不是。牛顿的革命性观测是——将万有引力定律扩展到天堂本身。这个异端想法的直接结论是——月球是地球的一个卫星，不是想象中的天球的运动必须保持在天空中，而是受到了引力理论的控制。

牛顿想，也许月亮是不断下落的，与石块落到地球上受着相同的定律支配，只是因为地球的下降曲率抵消了月亮的下降运动，所以月亮不会撞向地球。在他的代表作《原理》中，牛顿写下了控制卫星绕地球运行和地球与行星围绕太阳运行的定律。

牛顿画了一幅简单的图画，解释了下落的月球是地球的一个卫星的想法。想象一下，站在高高的山顶并投掷一块石头，石头最终必定会落到地上。你扔出石头的速度越快，石头落地前飞行的距离就越远。事实上，牛顿认为，如果石头被扔得足够快，它会绕地球旋转一圈后击中你的背部。就像环绕地球的岩石一样，月球只是一颗不断下落的卫星。

这幅由牛顿构思的精美图片超前了发射人造卫星3个世纪。今天，惊人的成就——太空探测器降落在火星以及飞行超越天王星和海王星——必须归功于牛顿在17世纪后期写下的定律。

在一系列迅速且深入的研究中，牛顿发现自己的方程原则上允许他粗略估算地球到月球的距离以及地球到太阳的距离。当教会仍在教导地球静止在天上时，艾萨克·牛顿计算了太阳系的基本尺寸。

回想起来，我们可以认为牛顿发现的引力定律是科学史上的第一个“统一”——统一了天与地的法则。在地球上任何两个物体之间起作用的重力，也将人类的命运与星星联系起来。在牛顿的发现之后，整个太阳系的运动几乎能得到完全准确的计算。

此外，牛顿认为，地球上的岩石能绕地球运行而不需要天体，他能用图形的方式说明自己理论的基本原则。有趣的是，所有的科学领域的重大突破，尤其是显示力统一的突破，都能用图形的方式显示。尽管数学或许晦涩难懂且单调乏味，但统一的本质总能非常简单地用图形的方式表示。