[浪][浪] #科普中国# 天文知识——彗尾(Comet tail)（文字来源：科普中国.科学百科_图片来源：Sogou.科普百科）
[星星] 彗尾(huìwěi) 一颗彗星的明亮的尾部延伸部分，可以是彗头的扩展或者具有某种结构，因而能与彗头有所区别；彗尾主要由气体和尘埃组成。 除了离太阳很远时以外，彗星的长长的明亮稀疏的彗尾，在给人们这样的印象，即认为彗星很靠近地球，甚至就在我们的大气范围之内。1577年第谷指出当从地球上不同地点观察时，彗星并没有显出方位不同：因此他正确地得出它们必定很远的结论。彗星属于太阳系小天体。
[星星] 基本简介
当彗星逐渐接近太阳时，冷冻的表面开始蒸发，形成一个巨大的彗头或彗发。彗星在环绕太阳时，太阳风迫使气体和被蒸汽吹走的尘埃粒子形成两条彗尾。太阳风的平均速度是每秒300—500千米，对彗星造成一强大的推斥力，因而造成了彗尾的高加速度。太阳辐射及太阳风就是促成彗尾形成的两股原动力，故此彗尾要接近太阳时才出现且太阳愈壮观，但却永远背向太阳。尘埃彗尾随着彗星轨道略呈弯曲，为黄色，它是由太阳辐射的斥力产生的；气体彗尾是笔直的，呈蓝色，它是被太阳风的荷电粒子往后推出的，可长达1亿公里或更长。当彗星远离太阳而去时，彗尾又开始缩短。彗星通过火星时，它的彗尾便开始逐渐形成。接近太阳时，彗星所产生的气体最多，彗尾也最长。
最耀眼的彗星莫过于鹿林彗星，因为它来自太阳系外围的欧特云(Oort cloud)(注)，若轨道呈双曲线，这会是它唯一一次造访太阳系内部；而且相较于其它来自欧特云的彗星，它算是非常接近地球的一个，近地点约只有 0.41 天文单位(相当于 6100 万公里)，使得不少天文专家日以继夜守着它，也捕捉到难得一见的彗尾断裂、长时间“反向”彗尾等景象。
[星星] 相关原理
鹿林彗星最特殊之处莫过于它偏绿的彗尾，与一般常见的蓝色彗尾不同。“中央大学”天文研究所教授陈文屏表示，彗星的主体“彗核”是冰块与尘埃混合而成，大小约数公里。彗星接近太阳(小于 5 天文单位)时，彗核内部受热后压力逐渐增大，使气体冲破表壳，连带喷出尘粒，并包覆在彗核外，形成直径约数十万公里的球形“彗发”。当彗星继续靠近太阳，就会出现长达数千万至数亿公里的“彗尾”。彗尾分尘埃尾与离子尾两种，尘埃尾顾名思义是由尘埃组成，离子尾主要由气体组成，二者的形成原因和发光机制各不相同。
一般见到的蓝色彗尾就是离子尾，它的形成原因与太阳风有关。太阳风是太阳表面喷发出来的游离氢(即质子与电子)，当它靠近彗星时，太阳风挟带的太阳磁场会受彗星的带电离子干扰，使得磁力线往背离太阳的方向，并且绕着彗星弯曲。彗星的离子和太阳风都是沿着磁力线运动，最后二者就一起形成往背离太阳方向延伸的离子尾。
太阳风是间歇性的，每次喷出来的强弱也不一样，加上彗星本身运动也会影响磁场，所以离子尾就可能有忽长忽短、分叉、断裂、消失、再生等情况。此次鹿林彗星被观察到离子尾断裂的情形，正是在非常靠近太阳时发生的。
离子尾的发光机制也与太阳风有关。组成离子尾的气体分子被太阳风撞击后，会激发成由离子与电子组成的电浆状态，当电子与离子重新结合时，就会发光。不同离子放射出来的光颜色不同，一般见到的离子尾呈蓝色，是因为含有较多的一氧化碳离子(CO+)，其它尚有 H+、C+、 N2+、 Ca+、 CH+、 CN+、CH3OH2+、OH+、 H2O+ 等，但由于蓝光偏多，以致不易察觉出别的颜色。鹿林彗星的离子尾呈绿色，经光谱分析发现，是双原子碳(C2)发出的荧光辐射。一般彗星也有这些谱线，但是鹿林彗星似乎特别明显，不过实际机制有待进一步探讨。
[星星] 彗尾消失
如果离子尾是充分发展的，则磁场在某一点上会挤压在一起，在某一段距离上的离子尾会发生磁场重联的现象，这会造成"彗尾不连接事件"。这种现象已经多次被观测到，最显著的是当恩克彗星在2007年4月20日通过CME的物质时，彗尾数度完全的被切断。此一事件是日地关系天文台观测到的。
在1996年，发现彗星会辐射X射线。这令研究人员很惊讶，因为X射线辐射通常只出现在高温物体。这些X射线被认为是由彗星和太阳风的交互作用生成的：当高电荷的离子飞行通过彗星的大气层时，它与彗星的原子和分子碰撞，"抢夺"了彗星的一个或多个电子。这种掠夺导致X射线和远紫外线光子的辐射。
[星星] 相关实例
[半星] “反向”尘埃尾？
除了绿色离子尾，天文学家也长时间观测到鹿林彗星的“反向”尘埃尾。尘埃尾是反射太阳光而呈黄色的彗尾，其形成原因与太阳辐射光压有关。辐射光压就像是光线照在尘埃上所造成的压力，由于尘埃的颗粒有大小之分，颗粒越小越容易被推向远方，最后造成尘埃呈扇形发散出去。根据克卜勒行星运动定律，根据克卜勒行星运动定律，离太阳近的行星运动速度比远处行星快。换句话说，散在离太阳较远处的尘埃(和彗星一样绕着太阳运动)运动速度较慢，反之则快，以致尘埃尾扇形区域末端会因运动速度的快慢而弯曲。
与离子尾一样，尘埃尾的尾巴也是往背离太阳的方向延长，这是因为辐射光压的施力方向也是背离太阳；但此次鹿林彗星的尘埃尾却有很长一段时间指向太阳，出现“反向”彗尾。陈文屏解释，鹿林彗星的彗尾并非真的变成“反向”，而是因为鹿林彗星与地球运行轨道几乎在同一平面，从地球角度观测产生错觉造成。
这次鹿林彗星除了带来与往常不同的惊喜，在科学研究上也很有价值，例如观察离子尾的变化有助于了解太阳风的特性；而藉由彗尾研究彗星的结构、化学成份等，则可以探知太阳系的过去，尤其是鹿林彗星的故乡离太阳相当遥远，受太阳辐射影响少，故能保留更多太阳系形成之初的样貌，甚至可以反应欧特云天体的特性，因此它的造访可说意义非凡。
注：彗星的所在主要分布在两个区域，短周期彗星(约 200 年以下)是在海王星轨道之外的“古柏带” (Kuiper belt)；而长周期、轨道呈双曲线或抛物线的彗星，则分布在太阳系外围，距离太阳可达 10 万天文单位的欧特云区，鹿林彗星就是其中一个。
[半星] 难以预测的彗星
鹿林彗星在最接近地球，原本预估观测亮度可能达四、五等(星等数字越小表示越亮，人类肉眼可见极限约六等)，而且月相几乎逢朔，没有月光干扰，没想到鹿林彗星移至近地点的前后几天，台湾地区的天候不佳，致使观测结果大受影响。“中央大学”天文研究所教授陈文屏表示，彗星的亮度并不容易预估，除了与彗星大小、离太阳及地球远近等条件有关，最难掌握的是当时的喷发状态。以短周期彗星为例，虽然可以粗略估算彗星每次接近太阳时，会损失 0.1～1% 的物质，然而不能就此断定彗星下次接近到太阳附近时，亮度就会变暗，因为有可能下次喷发活跃程度较强，或离地球较近，而使得亮度不减反增。
除了一般人关心的亮度，彗星轨道也不容易计算。相较于行星、卫星等天体，彗星的质量小得多，其运动方式容易受其它天体干扰，特别是当它靠近太阳时，喷发物质后带来的反作用力，使得科学家很难掌握它下一步的行进方向。陈文屏表示，之所以无法确定鹿林彗星的运行轨道是抛物线、双曲线或是极狭长椭圆，是因为科学家只观察到极小段的轨道，且其运行轨迹一直有些微改变。从 2007 年 7 月累积至 2009 年 2 月的轨迹点，推算其轨道显示它可能是周期长约 2800 多万年的极狭长椭圆，但累积至 6 月的数据却显示为双曲线。究竟哪个推论才正确，尚需很长时间追踪分析。
[半星] 卡塔利纳彗星的彗尾
卡塔利纳彗星（C/2013US10）正扫过地球黎明前的天空，在明亮的大角星，即牧夫座α的附近，对双筒望远镜来说真是一场新年的盛宴。2015年12月21日的这幅望远镜合成影像展现了这颗彗星的彗尾穿越宽达10个满月的视场。背景中的些许遥远星系和昏暗恒星位于室女座。卡塔利纳的尘埃彗尾在上图中向左下方呈扇形展开，离子彗尾则斜着朝向右上方，在太阳风的吹拂下远离太阳的方向。1月17日，这个来自奥尔特云的外离的访客将到达近地点，仅1亿1千万公里远，位于北斗斗柄的亮星附近。
[半星] 爱喜彗星的彗尾
爱喜彗星（Lovejoy）的泛绿色彗头和蓝色的离子彗尾在1月13日延伸穿过了金牛座的这片星场。左上方的内插图显示1/2度（满月的角大小）作为比例尺。因此爱喜彗星的彗头看上去仅比天空中的满月小一点（但暗得多），它的彗尾在影像中超过4度宽。这颗彗星此时的估计距离在7500万公里之外，相应推算其彗尾长度超过500万公里。在太阳风的吹动下，稀薄的离子彗尾直接背向太阳，当彗星向近日点（1月30日到达）前进时不断长大。二价碳（C2）气体在阳光下发出荧光，产生了彗头的绿色，更暗的泛蓝色彗尾呈现电离态一氧化碳辐射的颜色。
百度链接：https://t.cn/A6bYq5F5
[星星] 彗尾(huìwěi) 一颗彗星的明亮的尾部延伸部分，可以是彗头的扩展或者具有某种结构，因而能与彗头有所区别；彗尾主要由气体和尘埃组成。 除了离太阳很远时以外，彗星的长长的明亮稀疏的彗尾，在给人们这样的印象，即认为彗星很靠近地球，甚至就在我们的大气范围之内。1577年第谷指出当从地球上不同地点观察时，彗星并没有显出方位不同：因此他正确地得出它们必定很远的结论。彗星属于太阳系小天体。
[星星] 基本简介
当彗星逐渐接近太阳时，冷冻的表面开始蒸发，形成一个巨大的彗头或彗发。彗星在环绕太阳时，太阳风迫使气体和被蒸汽吹走的尘埃粒子形成两条彗尾。太阳风的平均速度是每秒300—500千米，对彗星造成一强大的推斥力，因而造成了彗尾的高加速度。太阳辐射及太阳风就是促成彗尾形成的两股原动力，故此彗尾要接近太阳时才出现且太阳愈壮观，但却永远背向太阳。尘埃彗尾随着彗星轨道略呈弯曲，为黄色，它是由太阳辐射的斥力产生的；气体彗尾是笔直的，呈蓝色，它是被太阳风的荷电粒子往后推出的，可长达1亿公里或更长。当彗星远离太阳而去时，彗尾又开始缩短。彗星通过火星时，它的彗尾便开始逐渐形成。接近太阳时，彗星所产生的气体最多，彗尾也最长。
最耀眼的彗星莫过于鹿林彗星，因为它来自太阳系外围的欧特云(Oort cloud)(注)，若轨道呈双曲线，这会是它唯一一次造访太阳系内部；而且相较于其它来自欧特云的彗星，它算是非常接近地球的一个，近地点约只有 0.41 天文单位(相当于 6100 万公里)，使得不少天文专家日以继夜守着它，也捕捉到难得一见的彗尾断裂、长时间“反向”彗尾等景象。
[星星] 相关原理
鹿林彗星最特殊之处莫过于它偏绿的彗尾，与一般常见的蓝色彗尾不同。“中央大学”天文研究所教授陈文屏表示，彗星的主体“彗核”是冰块与尘埃混合而成，大小约数公里。彗星接近太阳(小于 5 天文单位)时，彗核内部受热后压力逐渐增大，使气体冲破表壳，连带喷出尘粒，并包覆在彗核外，形成直径约数十万公里的球形“彗发”。当彗星继续靠近太阳，就会出现长达数千万至数亿公里的“彗尾”。彗尾分尘埃尾与离子尾两种，尘埃尾顾名思义是由尘埃组成，离子尾主要由气体组成，二者的形成原因和发光机制各不相同。
一般见到的蓝色彗尾就是离子尾，它的形成原因与太阳风有关。太阳风是太阳表面喷发出来的游离氢(即质子与电子)，当它靠近彗星时，太阳风挟带的太阳磁场会受彗星的带电离子干扰，使得磁力线往背离太阳的方向，并且绕着彗星弯曲。彗星的离子和太阳风都是沿着磁力线运动，最后二者就一起形成往背离太阳方向延伸的离子尾。
太阳风是间歇性的，每次喷出来的强弱也不一样，加上彗星本身运动也会影响磁场，所以离子尾就可能有忽长忽短、分叉、断裂、消失、再生等情况。此次鹿林彗星被观察到离子尾断裂的情形，正是在非常靠近太阳时发生的。
离子尾的发光机制也与太阳风有关。组成离子尾的气体分子被太阳风撞击后，会激发成由离子与电子组成的电浆状态，当电子与离子重新结合时，就会发光。不同离子放射出来的光颜色不同，一般见到的离子尾呈蓝色，是因为含有较多的一氧化碳离子(CO+)，其它尚有 H+、C+、 N2+、 Ca+、 CH+、 CN+、CH3OH2+、OH+、 H2O+ 等，但由于蓝光偏多，以致不易察觉出别的颜色。鹿林彗星的离子尾呈绿色，经光谱分析发现，是双原子碳(C2)发出的荧光辐射。一般彗星也有这些谱线，但是鹿林彗星似乎特别明显，不过实际机制有待进一步探讨。
[星星] 彗尾消失
如果离子尾是充分发展的，则磁场在某一点上会挤压在一起，在某一段距离上的离子尾会发生磁场重联的现象，这会造成"彗尾不连接事件"。这种现象已经多次被观测到，最显著的是当恩克彗星在2007年4月20日通过CME的物质时，彗尾数度完全的被切断。此一事件是日地关系天文台观测到的。
在1996年，发现彗星会辐射X射线。这令研究人员很惊讶，因为X射线辐射通常只出现在高温物体。这些X射线被认为是由彗星和太阳风的交互作用生成的：当高电荷的离子飞行通过彗星的大气层时，它与彗星的原子和分子碰撞，"抢夺"了彗星的一个或多个电子。这种掠夺导致X射线和远紫外线光子的辐射。
[星星] 相关实例
[半星] “反向”尘埃尾？
除了绿色离子尾，天文学家也长时间观测到鹿林彗星的“反向”尘埃尾。尘埃尾是反射太阳光而呈黄色的彗尾，其形成原因与太阳辐射光压有关。辐射光压就像是光线照在尘埃上所造成的压力，由于尘埃的颗粒有大小之分，颗粒越小越容易被推向远方，最后造成尘埃呈扇形发散出去。根据克卜勒行星运动定律，根据克卜勒行星运动定律，离太阳近的行星运动速度比远处行星快。换句话说，散在离太阳较远处的尘埃(和彗星一样绕着太阳运动)运动速度较慢，反之则快，以致尘埃尾扇形区域末端会因运动速度的快慢而弯曲。
与离子尾一样，尘埃尾的尾巴也是往背离太阳的方向延长，这是因为辐射光压的施力方向也是背离太阳；但此次鹿林彗星的尘埃尾却有很长一段时间指向太阳，出现“反向”彗尾。陈文屏解释，鹿林彗星的彗尾并非真的变成“反向”，而是因为鹿林彗星与地球运行轨道几乎在同一平面，从地球角度观测产生错觉造成。
这次鹿林彗星除了带来与往常不同的惊喜，在科学研究上也很有价值，例如观察离子尾的变化有助于了解太阳风的特性；而藉由彗尾研究彗星的结构、化学成份等，则可以探知太阳系的过去，尤其是鹿林彗星的故乡离太阳相当遥远，受太阳辐射影响少，故能保留更多太阳系形成之初的样貌，甚至可以反应欧特云天体的特性，因此它的造访可说意义非凡。
注：彗星的所在主要分布在两个区域，短周期彗星(约 200 年以下)是在海王星轨道之外的“古柏带” (Kuiper belt)；而长周期、轨道呈双曲线或抛物线的彗星，则分布在太阳系外围，距离太阳可达 10 万天文单位的欧特云区，鹿林彗星就是其中一个。
[半星] 难以预测的彗星
鹿林彗星在最接近地球，原本预估观测亮度可能达四、五等(星等数字越小表示越亮，人类肉眼可见极限约六等)，而且月相几乎逢朔，没有月光干扰，没想到鹿林彗星移至近地点的前后几天，台湾地区的天候不佳，致使观测结果大受影响。“中央大学”天文研究所教授陈文屏表示，彗星的亮度并不容易预估，除了与彗星大小、离太阳及地球远近等条件有关，最难掌握的是当时的喷发状态。以短周期彗星为例，虽然可以粗略估算彗星每次接近太阳时，会损失 0.1～1% 的物质，然而不能就此断定彗星下次接近到太阳附近时，亮度就会变暗，因为有可能下次喷发活跃程度较强，或离地球较近，而使得亮度不减反增。
除了一般人关心的亮度，彗星轨道也不容易计算。相较于行星、卫星等天体，彗星的质量小得多，其运动方式容易受其它天体干扰，特别是当它靠近太阳时，喷发物质后带来的反作用力，使得科学家很难掌握它下一步的行进方向。陈文屏表示，之所以无法确定鹿林彗星的运行轨道是抛物线、双曲线或是极狭长椭圆，是因为科学家只观察到极小段的轨道，且其运行轨迹一直有些微改变。从 2007 年 7 月累积至 2009 年 2 月的轨迹点，推算其轨道显示它可能是周期长约 2800 多万年的极狭长椭圆，但累积至 6 月的数据却显示为双曲线。究竟哪个推论才正确，尚需很长时间追踪分析。
[半星] 卡塔利纳彗星的彗尾
卡塔利纳彗星（C/2013US10）正扫过地球黎明前的天空，在明亮的大角星，即牧夫座α的附近，对双筒望远镜来说真是一场新年的盛宴。2015年12月21日的这幅望远镜合成影像展现了这颗彗星的彗尾穿越宽达10个满月的视场。背景中的些许遥远星系和昏暗恒星位于室女座。卡塔利纳的尘埃彗尾在上图中向左下方呈扇形展开，离子彗尾则斜着朝向右上方，在太阳风的吹拂下远离太阳的方向。1月17日，这个来自奥尔特云的外离的访客将到达近地点，仅1亿1千万公里远，位于北斗斗柄的亮星附近。
[半星] 爱喜彗星的彗尾
爱喜彗星（Lovejoy）的泛绿色彗头和蓝色的离子彗尾在1月13日延伸穿过了金牛座的这片星场。左上方的内插图显示1/2度（满月的角大小）作为比例尺。因此爱喜彗星的彗头看上去仅比天空中的满月小一点（但暗得多），它的彗尾在影像中超过4度宽。这颗彗星此时的估计距离在7500万公里之外，相应推算其彗尾长度超过500万公里。在太阳风的吹动下，稀薄的离子彗尾直接背向太阳，当彗星向近日点（1月30日到达）前进时不断长大。二价碳（C2）气体在阳光下发出荧光，产生了彗头的绿色，更暗的泛蓝色彗尾呈现电离态一氧化碳辐射的颜色。
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#肖战# 生于普通工薪家庭，被父母寄予厚望，上课外班才艺班，经历高考，读普通大学，喜欢唱歌，初入职场希望靠专业技能打拼出一片天地......像不像普通的你我他？只是肖战努力拼搏，一步步实现了梦想，站在舞台中央，仍然还继续提升磨练演技。～像一束光像海上灯塔，你朝向他的方向走，即使一生不会相遇，你成长为更好的自己。这就是偶像的意义吧。
我们现在有关物体运动的观念，可以追溯到伽利略和牛顿。在他们之前，人们相信亚里士多德。他说物体的自然状态是静止的，只有当它受到力或冲量的作用时才运动。因为更重的物体受到更大的朝向地面的拉力，由此推断出，相对于较轻的物体，更重的物体下楼得更快。亚里士多德传统还持有这样的观点，人们可以单凭思维即能得出制约宇宙的所有定律：没有必要用观测去检验。所以在伽利略之前，没人费功夫去检查不同重量的物体是否的确以不同速度下落。据说伽利略从意大利的比萨斜塔释放重物，用来证明亚里士多德的信条是错误的。这个故事几乎可以肯定不是真的，但是伽利略确实做了某些等效的事：他让不同重量的球从光滑的斜面上滚下。这情形和重物垂直下落相似，但是由于速度比垂直下落更小，所以更容易观测。伽利略的测量表明，不管每个物体的重量为多少，它们都以相同的速率增加速度。例如，如果你在一个沿着每走10米下降1米的斜面上释放一个球，不论该球有多重，1秒之后它沿斜面运动的速度大约为每秒1米，2秒之后为每秒2米，等等。当然一个铅球比一片羽毛会下落得更快，但是这仅仅是因为空气阻力减缓了羽毛下落的速度。如果你释放两个没有受太大空气阻力的物体，比如两个不同的铅球，它们就会以同样的速度下落（我们很快就会明白它的原因）。在月球上没有空气减缓物体下降的速度，航天员大卫·R·斯各特进行过羽毛和铅球实验，并且发现它们的确同时落到月面上。
牛顿将伽利略的测量当做他的运动定律的基础。在伽利略实验中，当物体沿着斜坡滚下时，总是受到同样的力（它的重量），而该力使它恒定地加速。这表明，力的真正效应总是改变物体的速度，而不像早先以为的那样仅仅是使之运动。这还意味着，只要物体不受到任何力的作用，它就会以相同的速度保持直线运动。1687年牛顿在《自然哲学的数学原理》首次明确地陈述了这个思想，它称作牛顿第一定律。牛顿第二定律指出，当力作用到一个物体上时会发生什么。该定律陈述道，物体将会加速，或者改变其速度，其改变率和力成正比。（例如，如果力加倍，则加速度就加倍。）物体的质量（或者物质的量）越大，则加速度就越小。（同样的力作用于具有2倍质量的物体将产生一半的加速度。）小轿车可以提供一个熟知的例子：发动机越强有力，则加速度就越大；但是对于同样的发动机，小轿车越重，则加速度就越小。
除了描述物体对力如何反应的运动定律之外，牛顿引力论还描述了如何确定一种特殊种类的力，即引力的强度。正如我们说过的，该理论陈述，任何两个物体都相互吸引，其引力与每一物体的质量成正比。这样，如果其中一个物体（比如说，物体A）的质量加倍，则两物体间的力就变成2倍强。这是可以预料得到的，因为人们可以把这新物体A认为由两个物体组成，每个物体都具有原先的质量。其中的每个用原先的力来吸引物体B。于是，A和B之间的总力应该是原先的力的2倍。而且，比如讲，如果其中一个物体具有6倍质量，或者，一个具有2倍质量而另一个具有3倍质量，那么它们之间的力就有6倍强。
现在你可以看到，为何所有物体以同样速度下落。根据牛顿引力定律，具有2倍质量的物体将受到往下拉的2倍的引力。但是它也有2倍的质量，这样按照牛顿第二定律，每单位力的加速度将被减半。根据牛顿定律，这两个效应刚好相互抵消掉。因此，不管物体的质量多少，它的加速度相同。
牛顿引力定律还告诉我们，物体相离越远，引力就越小。该定律说，一个恒星的引力刚好是一半距离的类似恒星引力的1/4。这定律非常精确地预言了地球、月球和行星的轨道。如果这定律改变成恒星引力随距离下降得更快或更慢，则行星的轨道就不会是椭圆；它们要么会向太阳旋进，要么会从太阳逃离。
亚里士多德观念和伽利略及牛顿观念之间的巨大差别在于，亚里士多德相信优越的静止状态，如果一个物体没有受到力或者冲量的作用就会处于这种状态。特别是，他认为地球是静止的。但是从牛顿定律推出，不存在唯一的静止标准。物体A静止，而物体B以恒常速度相对于物体A运动，或者物体B静止而物体A运动，这两种说法是等价的。例如，如果你暂时忽视地球的自转以及它围绕太阳的公转，你可以说，地面静止，而在它上面的一列火车以每小时90英里的速度向北运行，或者火车静止，而地面以每小时90英里的速度向南运动。如果你在火车上进行运动物体的实验，牛顿的所有定律仍然成立。牛顿正确，还是亚里士多德正确，你何以得知？
下面是一种检验：想象你被封闭在一个盒子里，而你不知道这个盒子是停在运行着的火车的地板上，还是停在坚固的地面上，按照亚里士多德的观念，后者是静止标准。有办法确定是哪一种情形吗？如果有的话，也许亚里士多德是正确的———在地面上处于静止状态是特殊的。但是如果你在火车上的盒子里进行实验，其结果正和在“静止的”火车站站台上盒子里一模一样（假定乘火车时铁轨没有隆起、转弯或者缺陷）。在火车上打乒乓球，你会发现球的行为同在铁轨旁的乒乓球桌上一样。而如果你在盒子里打球，而盒子以相对于地面不同的速度，比如每小时10英里、50英里和90英里的速度运动，在所有这些情形中球的行为都是相同的。世界的行为就是这样，这正是牛顿定律的数学所反映的：无法得知究竟是火车还是地面在运动。运动的概念只有当它相对于其他物体时才有意义。
亚里士多德正确，还是牛顿正确，这关系重大吗？这仅仅是在观点或者哲学上的不同，或者是一个科学上的重要问题？实际上，缺乏静止的绝对标准在物理学上含义深远：它意味着，我们不能确定发生在不同时间的两个事件是否发生在空间中的相同位置上。
为了描述这一点，假定某人在火车上让乒乓球直上直下地弹跳，以1秒的间隔两次撞到桌子上的同一点。对那个人而言，第一次和第二次弹跳位置的空间间隔为零。对于站在铁轨旁的某人，因为火车在这弹跳之间沿着铁轨行进了40米，所以两次弹跳似乎发生在那么远的空间间隔上。按照牛顿的观念，这两位观测者有同等权利认为自己是静止的，所以可以同等地接受这两种观点。一种观点并不比另一种更优越，不像亚里士多德相信的那样。观察到的事件位置以及它们之间的距离，对于在火车上和在铁轨边上的人会是不同的，没有任何理由认为其中一人的观测比另一人的观测更受欢迎。
牛顿对不存在绝对位置或者所谓绝对空间的观念极度忧虑，因为这和他绝对上帝的观念不协调。事实上，尽管他的定律隐含着摒弃绝对空间，但他拒绝接受这一点。许多人，最著名的是贝克莱主教，严厉地批评他的这一非理性信仰。贝克莱是一位相信一切物体、空间以及时间都是幻觉的哲学家。当著名的约翰逊博士得知贝克莱的主张时，他把脚趾踢到大石块上叫道：“我这样反驳它！”
不管是亚里士多德还是牛顿都相信绝对时间。也就是说，他们相信人们可以毫无歧义地测量两个事件之间的时间间隔，而且只要使用好的时钟，不管谁去测量，这个时间都是一样的。不像绝对空间，绝对时间和牛顿定律相协调的。而且这是大多数人当做常识的观点。然而，在20世纪，科学家们意识到，他们必须改变他们的时间和空间观念。正如我们将要看到的，他们发现事件之间的时间长度，正如乒乓球弹跳点之间的距离一样，与观察者有关。他们还发现时间不能和空间完全分离并和空间无关。对光性质新的洞察是觉察这些的关键。它们似乎和我们的经验相违背，但是尽管我们的常识观念在处理诸如苹果和行星等运动得比较慢的物体时有效，这些常识观念在处理以光速或接近光速运动的物体时却完全失效。
牛顿将伽利略的测量当做他的运动定律的基础。在伽利略实验中，当物体沿着斜坡滚下时，总是受到同样的力（它的重量），而该力使它恒定地加速。这表明，力的真正效应总是改变物体的速度，而不像早先以为的那样仅仅是使之运动。这还意味着，只要物体不受到任何力的作用，它就会以相同的速度保持直线运动。1687年牛顿在《自然哲学的数学原理》首次明确地陈述了这个思想，它称作牛顿第一定律。牛顿第二定律指出，当力作用到一个物体上时会发生什么。该定律陈述道，物体将会加速，或者改变其速度，其改变率和力成正比。（例如，如果力加倍，则加速度就加倍。）物体的质量（或者物质的量）越大，则加速度就越小。（同样的力作用于具有2倍质量的物体将产生一半的加速度。）小轿车可以提供一个熟知的例子：发动机越强有力，则加速度就越大；但是对于同样的发动机，小轿车越重，则加速度就越小。
除了描述物体对力如何反应的运动定律之外，牛顿引力论还描述了如何确定一种特殊种类的力，即引力的强度。正如我们说过的，该理论陈述，任何两个物体都相互吸引，其引力与每一物体的质量成正比。这样，如果其中一个物体（比如说，物体A）的质量加倍，则两物体间的力就变成2倍强。这是可以预料得到的，因为人们可以把这新物体A认为由两个物体组成，每个物体都具有原先的质量。其中的每个用原先的力来吸引物体B。于是，A和B之间的总力应该是原先的力的2倍。而且，比如讲，如果其中一个物体具有6倍质量，或者，一个具有2倍质量而另一个具有3倍质量，那么它们之间的力就有6倍强。
现在你可以看到，为何所有物体以同样速度下落。根据牛顿引力定律，具有2倍质量的物体将受到往下拉的2倍的引力。但是它也有2倍的质量，这样按照牛顿第二定律，每单位力的加速度将被减半。根据牛顿定律，这两个效应刚好相互抵消掉。因此，不管物体的质量多少，它的加速度相同。
牛顿引力定律还告诉我们，物体相离越远，引力就越小。该定律说，一个恒星的引力刚好是一半距离的类似恒星引力的1/4。这定律非常精确地预言了地球、月球和行星的轨道。如果这定律改变成恒星引力随距离下降得更快或更慢，则行星的轨道就不会是椭圆；它们要么会向太阳旋进，要么会从太阳逃离。
亚里士多德观念和伽利略及牛顿观念之间的巨大差别在于，亚里士多德相信优越的静止状态，如果一个物体没有受到力或者冲量的作用就会处于这种状态。特别是，他认为地球是静止的。但是从牛顿定律推出，不存在唯一的静止标准。物体A静止，而物体B以恒常速度相对于物体A运动，或者物体B静止而物体A运动，这两种说法是等价的。例如，如果你暂时忽视地球的自转以及它围绕太阳的公转，你可以说，地面静止，而在它上面的一列火车以每小时90英里的速度向北运行，或者火车静止，而地面以每小时90英里的速度向南运动。如果你在火车上进行运动物体的实验，牛顿的所有定律仍然成立。牛顿正确，还是亚里士多德正确，你何以得知？
下面是一种检验：想象你被封闭在一个盒子里，而你不知道这个盒子是停在运行着的火车的地板上，还是停在坚固的地面上，按照亚里士多德的观念，后者是静止标准。有办法确定是哪一种情形吗？如果有的话，也许亚里士多德是正确的———在地面上处于静止状态是特殊的。但是如果你在火车上的盒子里进行实验，其结果正和在“静止的”火车站站台上盒子里一模一样（假定乘火车时铁轨没有隆起、转弯或者缺陷）。在火车上打乒乓球，你会发现球的行为同在铁轨旁的乒乓球桌上一样。而如果你在盒子里打球，而盒子以相对于地面不同的速度，比如每小时10英里、50英里和90英里的速度运动，在所有这些情形中球的行为都是相同的。世界的行为就是这样，这正是牛顿定律的数学所反映的：无法得知究竟是火车还是地面在运动。运动的概念只有当它相对于其他物体时才有意义。
亚里士多德正确，还是牛顿正确，这关系重大吗？这仅仅是在观点或者哲学上的不同，或者是一个科学上的重要问题？实际上，缺乏静止的绝对标准在物理学上含义深远：它意味着，我们不能确定发生在不同时间的两个事件是否发生在空间中的相同位置上。
为了描述这一点，假定某人在火车上让乒乓球直上直下地弹跳，以1秒的间隔两次撞到桌子上的同一点。对那个人而言，第一次和第二次弹跳位置的空间间隔为零。对于站在铁轨旁的某人，因为火车在这弹跳之间沿着铁轨行进了40米，所以两次弹跳似乎发生在那么远的空间间隔上。按照牛顿的观念，这两位观测者有同等权利认为自己是静止的，所以可以同等地接受这两种观点。一种观点并不比另一种更优越，不像亚里士多德相信的那样。观察到的事件位置以及它们之间的距离，对于在火车上和在铁轨边上的人会是不同的，没有任何理由认为其中一人的观测比另一人的观测更受欢迎。
牛顿对不存在绝对位置或者所谓绝对空间的观念极度忧虑，因为这和他绝对上帝的观念不协调。事实上，尽管他的定律隐含着摒弃绝对空间，但他拒绝接受这一点。许多人，最著名的是贝克莱主教，严厉地批评他的这一非理性信仰。贝克莱是一位相信一切物体、空间以及时间都是幻觉的哲学家。当著名的约翰逊博士得知贝克莱的主张时，他把脚趾踢到大石块上叫道：“我这样反驳它！”
不管是亚里士多德还是牛顿都相信绝对时间。也就是说，他们相信人们可以毫无歧义地测量两个事件之间的时间间隔，而且只要使用好的时钟，不管谁去测量，这个时间都是一样的。不像绝对空间，绝对时间和牛顿定律相协调的。而且这是大多数人当做常识的观点。然而，在20世纪，科学家们意识到，他们必须改变他们的时间和空间观念。正如我们将要看到的，他们发现事件之间的时间长度，正如乒乓球弹跳点之间的距离一样，与观察者有关。他们还发现时间不能和空间完全分离并和空间无关。对光性质新的洞察是觉察这些的关键。它们似乎和我们的经验相违背，但是尽管我们的常识观念在处理诸如苹果和行星等运动得比较慢的物体时有效，这些常识观念在处理以光速或接近光速运动的物体时却完全失效。
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