书城童书牛顿的故事
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第15章 巴罗教授的助手

很快,在三一学院里,大家都知道了一个叫艾萨克的工读生是学习最为认真刻苦的学生。他很少参与娱乐活动,每天晚上他房间里的蜡烛也是最后熄灭。不过,对他的飞速进步感受最深的,还要属巴罗教授。短短几个月,他的数学基础知识从异常单薄飞跃到了坚实牢固,其中付出了多少艰辛和努力,巴罗教授可以想象。所以,他更加关注这个淳朴的学生了。

转眼间,新的学期开始了。对于这个学期的教学计划,巴罗教授有所调整,他决定和同学们讨论力的问题。

课堂上,巴罗教授提出了这样一个问题:“两个大小不同的两个铅球,在同一个高度同时放下,有谁可以告诉我,到底是那一个铅球先落地?”

问题刚一出口,立即引发了同学们的大讨论,有的说一定是大的铅球先落地,有的说是小的,也有的人说要看风有没有阻力之类的。

巴罗教授示意大家安静下来,然后他看着艾萨克问:“艾萨克,不知道你对此有什么看法?”

艾萨克的基本思路是做一次试验,自从开始制作小木车开始,艾萨克就遵循动手试验的方法来完成每一件事情,这个思路一直延续到他对水漏时钟的设计。所以,他现在还是回答:“教授,不如我们亲手来做这样一个试验,不就可以得到答案了吗?”

巴罗教授满意地点点头,示意他坐下,然后接着说:

“不错,只要做个试验,我们就能够马上得到答案。所以,伽利略爬上了比萨斜塔,完成了这个试验,试验证明两个大小不一的铅球是同时落地的。”此言一出,更是引起了同学们的广泛讨论。巴罗教授接着说:“请同学们想一想,为什么这两个大小不一的铅球会同时落地呢?”

坐在椅子上的艾萨克陷入了沉思。

伽利略的《两大世界体系的对话》,艾萨克早已经读过。对于其中的道理艾萨克也很明白,不过,他总是觉得这其中还有些什么是不完整的。等到下课;钟声响起,同学们的讨论还是没有明确的结果,巴罗教授微笑着说:“如果哪位同学有什么想法,可以随时来我的宿舍找我!”说完,走出了教室。

不一会,艾萨克也独自走出了教室,他来到校园里的小溪边,问题在脑海里翻来覆去,就是无法理清头绪。

他在小溪边的草地上坐下来,随手捡起一块小石头扔了出去,小石头打在另一块石头上,被远远地弹了出去。咦,艾萨克对这个现象产生了兴趣。他又捡起一块石头,狠狠地朝另外一块石头砸去,这石头马上也被远远地弹了出去;接着,他又捡起一块小石头,轻轻的朝另外一块石头扔去,这次它没有被远远地弹出去,而是温柔地落在了这块石头的旁边。

艾萨克总结出来了一个现象:如果你用力将一块小石头砸向另一块石头,那么这块石头将会被狠狠地推开,但如果你只是轻轻地把这一块小石头砸向另一块石头,那么被扔出去的小石头将会被温和地接纳。那么,被砸的石头是如何产生了一股力,居然可以将砸向它的石头推开呢?

艾萨克想到这里,不禁笑了。再回到巴罗老师所说的两个铅球问题,伽利略的试验已经过去了几十年,他的结论也已为自然科学界所接受,这个问题本身艾萨克不想再去多做研究,他想到的是,如果两个铅球在下落的过程中,遭到了外界的另一种力量,那么结果是否一定会改变呢?

简单来说,力是否能使得物体改变原来的运动状态呢?艾萨克将这些思路在脑海里整理了一遍,他还是认为,想要知道问题的答案,就去做试验。于是,艾萨克快步回到了宿舍。首先,他找来两个体积比较小但大小不一的铁球,将它们放在地板上,如果人不去动它,那么它将一直静静地呆在原地,一动也不会动,这一点就足以说明这两个铁球本身是不存在自发力的,这一点和人完全不同,艾萨克想。

然后,艾萨克将两只小铁球一起往前推,它们在这个外力的推动下,都向前跑去;忽然,艾萨克一伸手,拦住了其中的一只小铁球,这只小铁球马上停止了运动,另外一只则一直跑下去,知道碰到墙壁又被弹回来。艾萨克看着它被墙壁弹回来,以为它还会沿着原方向跑回来,谁知它只往回滚动了一点点,便不动了。

而被艾萨克用手拦住的这只小铁球虽然被拦住后马上停止了下来,艾萨克的手却因此被打得有些许疼痛。

这些现象的产生都是什么原因呢?艾萨克皱起了眉头。接着,苦苦思索的他再将一只小球放在地板上,然后推动另一只小铁球去撞击静静停放在地板上的那只小球,这只小球被推动了,但推动它的这只小球却停止了;艾萨克感觉有些不可思议,他将两只小铁球重新放好,又进行了与上次一样的小实验,不过这次不同的是:在用一只小铗球去推动地板上的那只小球时,他把手上的力加大了很多,结果,不但地板上的小铁球被推动了,连从手上出发的这只也往前滚动而去。

艾萨克忽然灵光一现,他赶紧趴到桌子前,拿起纸笔刷刷地写起来。不对,不对,他口中反复叨念着这两个字:不对,还是不对。只见房间中稿纸飞舞,落了满满一地,却还是没有得到答案。

艾萨克紧锁着眉头,自己明明已经发现了啊,但是为什么计算不出来呢?艾萨克仔细地寻找着原因,不时地在纸上写一写。但一个下午过去了,他还是没有得到想要的答案。

该是去学生食堂的时间了,艾萨克将两个小铁球先收了起来。

等学生们用餐完毕,已经是7点多了。巴罗教授走到艾萨克身边:“工作结束之后到我那里去坐坐吧!”面对巴罗教授的邀请,艾萨克显得非常激动:“好,我马上就来。”因为今天要对餐厅进行大扫除,所以等能够离开餐厅时,已经是晚上9点多了。艾萨克赶紧朝巴罗教授的房间走去。

但走在路上的时候,艾萨克又开始对下午自己做的那个试验进行思考,所以这一路上他走得很缓慢,到达巴罗教授的房间时,已经快10点了。

艾萨克感觉有些过意不去,一走进巴罗教授的房间,他首先便对巴罗教授行了一个礼。他的心思都写在脸上,怎么能瞒过巴罗教授:“艾萨克,学生餐厅的工作忙吗?是不是觉得它影响了你正常的学习时间?”这怎么会呢?艾萨克对这个问题感到很奇怪,一方面他也在猜测巴罗教授是不是在试探他什么。但巴罗教授却哈哈大笑起来:“我看你满面愁容,还以为你是不想在学生餐厅里干活呢了。”

原来是一场误会,艾萨克松了一口气,但是心中的问题得不到解决,他就无法得到解脱。

“遇到了什么问题吗?”巴罗教授问。

艾萨克点点头,表示他确实遇到了问题。“快说出来听听吧,”巴罗教授赶紧说:“大家一起研究一下,总比一个人冥思苦想来得要好。”

艾萨克之所以不主动提出来,是害怕巴罗教授的事情太忙,自己的小问题会耽误他的时间,但现在巴罗教授主动提出来,艾萨克便赶紧将自己的问题说出来。

在总结了他今天下午的小实验后,他的问题大致可以归纳为三点:一、小铁球碰到墙壁弹回来,或者碰到另一只小铁球之后便回复静止的状态,是怎么回事?二、铁球在运动的时候,速度会不会发生变化,这种变化的依据又是什么?三、为什么有的石头碰到石头会狠狠地被弹开,而有的石头却刚好相反?

巴罗教授仔细地听他叙述完毕,不禁惊讶极了。他完全没有想到,自己才讲了一堂关于力的课程,艾萨克却可以举一反三,得出这么多问题,而且这些问题都是非常富有创建性的,以前还从来没有人研究过这些问题。

“这些都是你自己想到的吗?”巴罗教授问。

艾萨克点点头:“我在读伽利略的著作之时,就想到过这些问题,只是一直没有找到答案。”

巴罗教授站起来,紧紧握住了艾萨克的手:“这些问题值得研究,你一定要好好研究,我等着你的好消息。”

巴罗教授的举动让艾萨克有些莫名其妙:自己来和他探讨问题,巴罗教授非但不说任何关于力这方面的问题,反而鼓励自己去研究!其实巴罗教授这么做自有一番苦心在里面,以一个科学家的角度来看,艾萨克已经站在了真理的门前,只要再使把劲儿,推开这扇门,那么艾萨克就能得到真理啦!

果然,通过数月反复地试验与推敲,艾萨克得到了几点科学结论。首先,我们来看看艾萨克创建这几点科学理论的基础,也就是伽利略的定律——如果一个灰体处于静止或作恒速直线运动,那么只要没有外力作用,它就仍将保持静止或继续作勾速直线运动。这个定律在今天也称惯性定律,它主要讲述的是力的一个作用,也就是力的属性:力可以使物体由静止到运动和由运动到静止,也可以使物体由一种运动形式变化为另一种形式。比如吧,艾萨克可以推动小铁球滚动起来,也可以拦截小铁球,使得它不再继续往前滚动。这一定律被后人称为牛顿第一定律。

那么,用一个小石子去撞击另一个石子,手上的力度不同,为什么产生的效果也不同呢?艾萨克通过对各种物体进行试验,得出了一个重要结论——两个物体的相互作用总是大小相等而方向相反。就拿小石子来说,你狠狠地用一颗小石子砸向另一颗小石子,这颗小石子打在另一颗小石子上施的力越大,使得这另一颗小石子上的反作用力也越大,而将这狠狠砸向它的石子推开了。比如说你狠狠地打别人一拳,其实你自己的手也是非常疼的,这就是反作用力的作用。

除此之外,艾萨克还发现了力能使物体的运动产生变化。用现在我们所学的物理知识来说,速度的时间变化率,即加速度a与力F成正比,而与物体的质量里成反比,即a=F/m或F=ma;力越大,加速度也越大;质量越大,加速度就越小。加速度由力引起,方向与力相同;如果有几个力作用在物体上,就由合力产生加速度,这三个定律被合称为牛顿三大定律!

这三个科学结论被艾萨克研究出来之后,巴罗教授惊叹不已:想不到自己在力学方面对艾萨克的引导,可以使艾萨克有如此重大的发现。

巴罗教授愈发地器重这个来自乌尔索普村的淳朴学生。

鉴于艾萨克自入剑桥大学学习以来,勤奋刻苦,学习成绩优异,所以剑桥大学给他颁发了奖学金。这笔奖学金可不是个小数目,艾萨克完全可以依靠它结束工读生的生活,从而将时间节省下来多看几本书。不过,让巴罗教授感到奇怪的是,艾萨克并没有这么做。

巴罗教授向他询问原因,艾萨克简单地说道:“我已经习惯了做工读生,适当的劳动让我充满活力,而且,”他还说出了另一重要原因,“我将奖学金寄回家去,外婆、妈妈和弟弟妹妹,就会减轻一些负担。”

巴罗教授为他的这颗孝心感动了,他说:“不过,我倒有个好消息要告诉你。”

“什么?”艾萨克问。

“从明天起,来做我的助手吧,我已经在学校里申请好了,从此你可以用这份薪水来养活自己。”巴罗教授平静地说。

艾萨克一愣,做巴罗教授的助手!“我真是太幸运了,”艾萨克感叹道:“谢谢你,巴罗教授。”

巴罗教授摇头道:“不,你应该感谢你自己,是你的勤奋换来了这一切!”