被遗忘的达芬奇素描表明:他比牛顿早几十年就理解了地球引力

听蓉说国际 2023-02-21 20:00:05
一项新研究检查了达·芬奇在阿伦德尔法典揭示了艺术家以97%的准确率计算了地球的引力常数。

15和16世纪著名的发明家和艺术家达芬奇的肖像。

2017年,加州理工学院教授加里布正在寻找阿伦德尔法典,达·芬奇于1480年至1518年创作的笔记和素描集,当他注意到一幅特别有趣的素描时,可以与他的研究生分享插图。

插图描绘了一个倒出沙子的罐子,以及一系列用来测量其运动的三角形。

“引起我注意的是,当他在他画的一个三角形的斜边上写下‘EquationediMoti’时,”加里布解释说,该短语的意思是“运动的均衡(等效)”。“我开始有兴趣了解达芬奇的意思。”

加里布与工程师克里斯·卢和弗拉维奥·诺卡一起开始研究这些草图,并很快意识到它们不仅仅是几何形状的图画,而是达芬奇在艾萨克·牛顿“发现”万有引力定律之前几十年就开始破译万有引力定律的证据。

三人组在期刊上发表了他们的开创性结论达芬奇. 根据他们的研究,达芬奇已经说明重力是一种加速度形式。他似乎还以97%的准确率证明了地球的引力常数——比牛顿发表万有引力定律早了将近200年。

今天,达芬奇的名字已成为天才的代名词。达芬奇于1452年出生于意大利,他将继续探索他的艺术和科学兴趣,成为意大利文艺复兴时期的领军人物,这是一个艺术和求知欲蓬勃发展的时期。

历史学家可以通过他留下的笔记本来了解这个人是多么的天才。达芬奇的笔记本合集超过13,000页,满是素描描绘人体解剖学、飞行器,甚至数百年来不存在的武器——包括机枪和导弹。

达芬奇的草图详细描述了计算地球引力常数的基础方法。

世界各地的人们都知道达芬奇的发明和他的标志性艺术作品,如蒙娜丽莎和最后的晚餐. 但在加里布和他的团队发现达芬奇的三角形素描之前,没有人怀疑这位意大利艺术家可能是第一个开始破译万有引力定律的人。

通过这些草图,达芬奇试图计算落沙的运动。根据加州理工学院的文章,达芬奇写道,当一个水罐被固定在一个固定的高度并以恒定的速度移动时,沙子在倒出时会垂直落向地面。

为了描绘这一点,达芬奇画了一条水平直线代表花瓶的运动,一条垂直线代表沙子的运动。

然后,达芬奇注意到,如果投手的速度以恒定速率增加或加速,沙子仍会沿直线落下,但会以倾斜的角度落下。

值得注意的是,达芬奇还观察到,如果投手以与重力加速下落沙子的速度相同的速度加速,它就会形成一个等边三角形——如“EquationediMoti”图中所示。

“达芬奇想做什么?” 加里布告诉阿斯特尼卡. “他试图说,‘如果我能以重力作用于粒子的方式移动我的手或移动罐子’——在这种情况下,沙子——‘如果在给定时间内它们移动相同的距离,那么我就模仿了重力只是加速度。

“他称之为运动行为,”加里布继续说道。“他在与重力不同的方向上做这件事。所以这意味着他清楚地知道重力是一种加速度,但朝向地球——否则他不会试图通过加速度来模拟它。”

达·芬奇的草图用相应的力标记三角形的每一侧,定向运动代表花瓣度的加速,运动的平衡代表表。

根据工程师的说法,达芬奇无法制定精确的数学方程式来计算万有引力常数。

“我们看到的是达芬奇对此进行了较量,但他将其建模为下落物体的距离与2的t次幂成正比[t代表时间],而不是与t的平方成正比,”他在加州理工学院的文章中说. “这是错误的,但后来我们发现他用正确的方式使用了这种错误的方程式。”

尽管未能计算出引力常数,但考虑到当时可用的工具,达芬奇的努力令人印象深刻。达芬奇生活的世界还没有发明微积分,没有发现惯性,也没有精确的时间测量方法。尽管如此,达芬奇对地球引力常数的测量准确率为97%。

“我们不知道达芬奇是否做了进一步的实验或更深入地探讨了这个问题,”加里布说。“但他在1500年代初期以这种方式解决这个问题的事实表明他的想法有多超前。”

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