地球重达60万亿亿吨，但当我们从太空中看地球时，地球似乎是悬浮在空间当中的，在地球上一根羽毛会自动向下坠落的情况下，为何如此重的地球却能漂浮在太空中呢？人类已在地球上繁衍生息了数百万年，对地球上的大部分自然现象早就习以为常，并发现了其中的规律，牛顿在十九世纪初看到苹果向下坠落，由此发现了万有引力，实际上地球能悬在太空和苹果会坠落地面的本质是一样的，即万有引力定律。

即不需要两个物体接触，也能对彼此施加力，同时这种力的传播不需要时间，可以实现瞬时传递，意思就是假如太阳消失了，地球也会即刻脱离轨道沿着切线方向飞去，这是因为在太阳消失的一瞬间，地球受到的引力也消失了。在地球上，一切物品都会被地核吸引，因此我们能够牢牢的站在地面上，并以此划分了上下左右的概念，但在太空时距离地球太远，已经脱离了地球的引力，所以实际上在宇宙中没有上下左右之分。在整个太阳系中，太阳占据了99.8%的质量，因此地球在太空中受到向太阳的引力作用，一般来说，地球应该会被太阳的引力拉向太阳，就像苹果在地球上会坠落到地面，但实际上地球在绕着太阳沿着椭圆轨道运动，这是为什么呢？

假如我们在地表垂直方向上发射一枚炮弹，炮弹会受到地球的引力影响导致速度不断衰减，直至衰减为0开始向下加速跌落，所以垂直发射炮弹或火箭很难逃离地球引力，一方面炮弹无法获得足够的初始速度，另一方面火箭也无法携带足以支持持续加速的燃料，至少对人类现在来说很难办到。假如把大炮的位置架设在一座高山上，并以水平的方向把它发射出去，它向前飞的时候也同样会受到引力影响，在飞行一段时间后砸向地面，如果射速很低，它可能在山脚就会落下，但如果射速逐渐提高，它的坠落点也会越来越远，直到射速达到7.9千米每秒，它就会绕着地球做圆周运动。

这是因为地球本身是球体，具有一定的曲率，大炮在向前飞的时候也在向下运动，但由于向前飞的速度够快，它能够不断的错过地表，圆周运动产生的离心力和地球的引力达到平衡，它就能不断的围绕地球运动而不会掉下来了。同理，地球也可以看成一枚架在太阳上打出去的炮弹，它以每秒29.78公里的速度围绕着太阳公转时，圆周运动的离心力足以对抗太阳对它的引力，所以它不会向太阳坠落。首先由火箭把卫星推到足够的高度，然后慢慢调转到水平方向，给卫星提供足够的水平初速度，这样一来卫星就能绕着地球旋转了。

不考虑其他因素下，能够抗衡地球引力的速度就是7.9km/s，即第一宇宙速度，如果恰好是这个，物体就会绕着地球做圆周运动，假如它的速度更快一点，它的圆形轨道就会越来越趋向椭圆形。当速度达到阈值时，它就能彻底冲破地球的引力，成为绕着太阳运转的行星，假如它的速度达到了16.7km/s，就能突破太阳在整个太阳系中的引力，直接冲出太阳系1643年1月4日，381年前的今天，伟大的科学家艾萨克·牛顿出生于英国英格兰林肯郡伍尔索普村的一个农场。牛顿的父亲同样名为艾萨克·牛顿，但在牛顿出生前三个月去世。牛顿三岁时，他的母亲改嫁给了一位叫史密斯的牧师，而牛顿由他的外祖母照顾。牛顿从小对他的母亲和继父有一定的敌意。

在牛顿出生的同年，意大利天文学家伽利略去世。伽利略在生前冒着自由的危险，发表了基于观察的理论，他证实地球只是绕太阳运行的几颗行星之一，因此挑战了天主教会古老的信仰，即太阳围绕地球运行。牛顿从小就被这种新观点所吸引，他全神贯注于物理学家关注时间和运动的事物。他制作了风车、雕刻了日晷。从12岁到17岁，牛顿都在国王中学学习，成为了该校最出色的学生。当时他寄宿在当地的药剂师威廉·克拉克家中，并与药剂师的继女安妮·斯托勒订婚。之后斯托勒小姐嫁给了别人。此后，牛顿再也没有其他的罗曼史，终生未娶。

1661年6月，他进入了剑桥大学的三一学院。牛顿开始阅读笛卡儿、伽利略、哥白尼和开普勒、古希腊哲学家等先进的思想著作。吞噬了当时最新的科学思想，1665年，在牛顿22岁时候，黑死病肆虐欧洲，据统计，伦敦的每四个人中，就死去一人，这一流行病迫使牛顿在接下来的两年里在家中工作，在当时，从亚里士多德到笛卡尔，科学家们认为阳光或白光是纯颜色，牛顿发现，让阳光穿过棱镜会产生光谱，棱镜实际上是所有原始光中物体的分离器，因此得出结论，白光和阳光是由广泛的彩虹的颜色组成的，这在当时对几乎每个人来说都很难接受，因为这意味着当你看白光时，你看到的东西已经包含了所有的颜色，这似乎是完全违反直觉的。牛顿还注意到，人们观察到的颜色是物体与特定有色光相合的结果，而不是物体产生颜色的结果。这就是牛顿著名的光学理论。

同时也是在这个期间，诞生了著名的苹果树传说，当时笛卡尔认为行星围绕太阳运行的机理用一句简单的解释是宇宙是一个巨大的机器，一切事物包括行星运转的轨道都是这台机器各部分的物理相互作用，而牛顿很难接受这种观点，牛顿在苹果树下思考这个问题的时候，随着苹果坠落，他想到了一个观点，那就是使苹果坠落的力是否可以一直延伸到月球，而这种力可以使月球绕地球公转而不会偏离轨道，并不是笛卡尔所说的像发条装置那样的物理机制，而是一种他称之为重力的无形力，而将苹果拉向地球的力与月球保持绕地球轨道运行的力是同一个，他相信这也可以解释太阳系中其他行星的运动，这一猜想也为后来发现的万有引力定律奠定了基础。

当时的数学还不够复杂，无法确定这些物体的运动，所以牛顿发明了一个全新的数学分支，称为微积分，当1864年德国数学家戈特弗里德·莱布尼茨发表了微积分论文，导致微积分的发明者存在争议，牛顿称在20年前他就在做这样的工作，但实际上他并没有公开他的努力，直到1936年牛顿的个人手稿经过拍卖破译后发现，在莱布尼茨发表微积分论文前20年，为了解决物体的运动规律，牛顿已经利用微积分这个数学框架进行计算，但没有人知道，只有牛顿知道，这是他的秘密。因此目前公认两个人在1667年，相互独立发现了微积分，而微积分的面世，让人们看待世界的整个方式也发生了变化，上到航空航天，下到基础计算，从分析股票市场到模拟全球气候变化，微积分随处可见，就现代世界的贡献而言，没有哪个数学技术比得上微积分，他的诞生具有划时代的意义，也是数学史上的分水岭和转折点。人类智慧的伟大结晶。

1687年，牛顿出版了他有史以来最重要的著作《自然哲学的数学原理》，阐述了万有引力和三大运动定律，奠定了此后300年里力学和天文学的基础。第一定律描述了当没有力作用在物体上时物体如何运动，例如火箭保持静止直到对其施加力，第二定律告诉我们物体的质量越大，它受到的力就越大，移动更大的火箭需要更多的燃料才能加速，最终定律指出，每一个动作都会产生反应，发动机会产生热废气，这些废气流经火箭后部，在反应中产生推力，推动火箭，

他论证了地面物体与天体运动遵循着相同的自然定律；为太阳中心学说提供了强而有力的理论支持，推动了科学革命。

在力学上，牛顿阐明了动量和角动量守恒的原理。在光学上，他发明了反射望远镜，并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察，发展出了颜色理论。在数学上，牛顿与莱布尼茨分享了发展出微积分学的荣誉，证明了广义二项式定理，提出了“牛顿法”以趋近函数的零点，为幂级数的研究作出了贡献。

他发现了广义二项式定理，还发现了牛顿恒等式、牛顿法，分类了立方面曲线，首次使用了分式指数和坐标几何学得到丢番图方程的解。他用对数趋近了调和级数的部分和，首次使用幂级数和反转幂级数。他还发现了π的一个新公式。《自然哲学的数学原理》的出版使牛顿成为当时最有影响力的科学家。

很多人不知道的是牛顿在成为剑桥大学教授的同一年，正在研究比光更神秘的东西，他买了两个熔炉、各种各样的化学品和一套奇怪的书籍，他花了25年的时间，秘密研究炼金术，寻找一种将普通金属变成黄金的方法，牛顿写下了一个配方，炼金术士相信它甚至可以帮助人类实现永生，他沉浸在炼金术中，经过二十多年的研究，牛顿的炼金术实验并没有取得像他在数学和物理等方面取得突破性成就，他显然没有找到它的秘密，所以他选择不发表任何有关它的内容，而炼金术的失败让他精疲力尽，在1696年，牛顿利用当时财政大臣的提携，迁到了伦敦，任职监管皇家铸币厂，主持了英国最大的货币重铸工作。一直到去世，长达31年。

1727年3月31日这位举世瞩目被世界上公认的物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家和炼金术士在伦敦逝世，于西敏寺举行国葬，成为史上第一个获得国葬的自然科学家。1970年代，对牛顿头发的化学分析显示其中水银含量比正常值超出50多倍，最可能的解释是他从事炼金术所致。

最后以英格兰诗人亚历山大·蒲柏为牛顿写的这段墓志铭为结尾：“自然和自然的法则隐藏在黑暗之中。上帝说，让牛顿出世吧，于是一切豁然开朗。