当后代人提到掌握重力知识的科学家,不外乎受苹果掉落地上而启发灵感的牛顿、或提出知名相对论的爱因斯坦。然而最近,加州理工学院工程师Mory Gharib在研究多领域天才达文西的笔记时注意到几个三角形草图,惊讶发现达文西早在15、16世纪就试图研究重力本质。
达文西(1452~1519年)是人类史上近500年来各领域公认的“全知天才”,一幅《蒙娜丽莎》让达文西登上画家之最,但事实上达文西在音乐、建筑、数学、几何学、解剖学、生理学、动物学、植物学、天文学、气象学、地质学、地理学、物理学、光学、力学、发明、土木工程等领域都有显著成就。
这位忙碌天才的思想深度非当时可想象,他提出的著名概念性设计有直升机、机关枪、机器人、坦克、太阳能聚焦使用、计算器、双层壳等,还勾勒出板块构造的基本理论框架。
现在,后世科学家发现达文西甚至已注意到重力本质,比伽利略、牛顿、爱因斯坦等伟大科学家都还早。重力并不是简单的数学证明,尽管达文西没有完全成功,但显然他尽力尝试剖析了。
重力与加速度的联系
1604年,伽利略·伽利莱(Galileo Galilei)创建了坠落物体经过的距离与经过时间的平方成正比之理论;17世纪末,牛顿(Sir Isaac Newton)才以此基础发展出万有引力定律,描述物体如何相互吸引。
对达文西来说,他研究重力遇到的最大障碍大概是工具使用受限,比如,缺乏一种在物体下落时能精确测量时间的方法。
加州理工学院工程师Mory Gharib在审视达文西手抄本时发现了这些证据。在几个不起眼的小三角形草图中,Mory Gharib发现达文西在一个等腰直角三角形斜边写下“Equatione di Moti”,意味“等价运动”,促使Mory Gharib深思达文西写下这句话的意思。
达文西手抄本的几个三角形草图,表明他已针对重力加速度进行实验。
仔细分析这些笔记后,Mory Gharib团队发现达文西已设计实验证明引力是一种加速度形式,试图在引力与加速度之间创建联系。实验中,水瓶沿平行于地面的直线路径移动,并沿途倾倒水或颗粒状物质(可能是沙子),笔记中清楚表明他知道水或沙子会向下加速,但当它们离开水罐,这种加速纯粹只由重力引起。
如果水瓶以恒定速度移动,则下落材料描绘出的线将是垂直的,不会形成三角形;但若水瓶以恒定速度加速,则下落物质会形成一条倾斜直线,然后出现三角形,正如达文西在图表中指出那般,如果水瓶运动以与重力加速掉落物质相同的速度加速,将形成一个等腰直角三角形——等效原理发挥作用的第一个暗示,也是达文西以注释强调的“Equatione di Moti”。
团队使用计算机建模重试水瓶实验,发现达文西只是使用了错误方程式,方式却是对的,这种认知到重力的思想远早于牛顿提出的运动定律,也早于爱因斯坦证明等效原理与广义相对论。
我们不知道达文西是否还有做更多实验或更深入探讨,但他在1500年代初期就试图以这方式解决这问题,表明他的想法有多超前。
达文西手抄本可在大英博物馆的网站阅览。
(图片来源:加州理工学院)