在学生时代，我们可能有这样的体验，当我们坐在椅子上用力推课桌时，会感觉到书桌也在推我们，因而身体要向后移。当两条小船停在水面时，如果甲船上的人推乙船，会发现两条船同时向相反的方向运动。也就是说，当一个物体受到力的作用时，它同时对施力物体也有力的作用，通常把前者叫做作用力，后者叫做反作用力。
牛顿通过实验进一步发现，作用力和反作用力无论大小如何，总是相等的；作用力和反作用力总是同时产生的，没有先后之分，同时增大，同时减小，同时消失；作用力和反用力在一条直线上，但它们的方向相反，分别作用在两个物体上。牛顿得出了这样的规律：
当一个物体对另一个物体施加力的时候，承受力的物体也用同样的力，反过来作用于对它施加力的前一个物体上，两物体间的相互作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上。这就是牛顿第三定律，也叫做作用与反作用定律。
人在地面上行走，人给地面一个向后的作用力，地面也给人一个相等大小的向前的反作用力，正是利用这个反作用力，才使人得以向前行走。用桨划船也是为了取得反作用力。用桨向后划水，水就给桨一个向前的反作用力，使船向前运动。如果划水的方向不同，得到的反作用力的方向也不同，因此还可以使船向不同方向转弯。
牛顿对物理学最重要的贡献是发现了万有引力。
物体在空中下落的运动，是一种常见的运动。但是物体为什么会下落到地面，就像苹果为什么会落到地上，而不飞上天呢？
从古代起，就有人注意到这种运动形式，并对它的规律提出过一些看法，认为物体由于本身重量而下落，越重的物体下落得越快。譬如，一个苹果比一片树叶落得快。17世纪以前的学者，许多人是这样认为的。
传说，在16世纪末，意大利物理学家伽利略做过这样的实验。1590年，他登上50多米高的比萨斜塔，让1磅重和10磅重的两个球同时落下，在场许多人看到它们差不多同时到达地面。
其实，不同重量物体下落的快慢是相同的。我们平常看到物体下落的快慢不同，并不是由于重量不同，而是它们由于受到空气阻碍作用不同的缘故。
1971年，美国宇宙航天员斯科特在月球上让一把锤子和一根羽毛同时落下，由于月球上没有空气，它们确实同时落到月球表面上。
一个美丽的秋天，晴空万里，阳光普照，让人心旷神怡，在屋里工作了一天的牛顿丝毫也没有察觉。傍晚，他感到有些疲倦，便到后院走走，不知不觉地，走到了苹果树旁。那棵苹果树结满通红的苹果，在晚霞里闪闪发光。
牛顿坐在苹果树下，仍然沉浸在思索中。
突然一个苹果从树上掉了下来，落在牛顿的身旁。他感到纳闷，周围风平浪静的，这个苹果为什么会掉下来呢？牛顿苦苦思索其中的缘由。
夜深了，牛顿仍在左思右想。忽然，牛顿的头脑中出现了这样的想法，是地球吸引了苹果，一定是地球对苹果的吸引力，才使苹果落到地上，否则苹果为什么不往上飞呢？
长期以来，想了又想的问题，终于找到了解决的线索，牛顿情不自禁脱口而出：“明白了！物体的下落原因原来是地球引力的结果。”
观察天体运动
找到了地球上物体的力学原理，牛顿又进一步地去探索天体奥秘。
很早以前，古人就从农业和航海等实际需要出发，开始了对天体运动的观察。那么日月星辰是怎样运动的呢？
希腊天文学家在2世纪写了《天文集》一书，阐述了地球是宇宙的中心，静止不动，太阳，月球、其他行星都围绕地球运行。这就是托勒玫的地心体系即地心说。
1543年波兰天文学家哥白尼在他的著作《天体运行论》中，详细地阐述了太阳是中心的学说，叫做日心说。
他认为，所有的行星都是沿着圆形轨道匀速地绕太阳旋转，月球绕地球旋转，同时跟着地球绕太阳旋转，月球是地球的卫星。地球除了绕太阳公转，还每天自转一周，正是地球的自转，才使得日月星辰看来每天是东升西落。
德国天文学家开普勒，进一步研究了行星运动的规律，提出了开普勒三大定律。开普勒研究了行星运动的轨道、速率和周期，正确地回答了行星是怎样运动的问题。
那么行星为什么这样运动呢？牛顿着手研究行星轨道为什么是椭圆的和引力问题。
根据力学原理，牛顿认为，行星没有因惯性做匀速直线运动，而绕太阳做圆周运动，这必然有向心加速度，这个向心加速度可能是太阳对行星有引力的结果。
他用开普勒定律来推求这个引力。
计算的困难是难以想象的。地球如此庞大，要计算地球对其表面上某一个微小物体的引力有多大，谈何容易，何况还要计算地球对月球、太阳对行星的引力，更是困难重重。
直到1685年，牛顿充分应用数学这个工具，克服了计算上的困难，证明了一个由具有引力的物质组成的球体吸引它外边的物体时，就好像所有的质量都集中在它的中心一样。有了这个证明，把太阳、地球、月球都作为一个质点看待的简化方法，就显得很合理了。
这一成就克服了困难，于是他努力把天体的力和地球上的重力联系起来，用皮卡尔测量地球大小得到的最新数值，来计算月球运动。计算结果表明，月球的向心加速度与地面上物体的垂力加速度之比，正好等于地球半径的平方与月球到地心距离的平方比。
牛顿进一步计算地球对其表面物体的引力，太阳对行星的引力，发现引力是一样的，于是牛顿得出结论，地球对月球的引力和太阳对行星的引力是同一种性质的力，也就是地球吸引它表面附近物体的那种力。
1686年，牛顿写出《自然哲学数学原理》，正式发表了万有引力定律。
即任何两个物体间都有相互吸引力，这个力就叫万有引力，引力的大小跟它们的质量成正比，跟它们之间距离的平方成反比。
牛顿把哥白尼的观点、开普勒的定律、伽利略和他自己关于运动学和动力学的研究成果融汇一起，总结出万有引力定律，创立了把天体运动和地面物体运动统一起来的力学理论，构成了经典力学体系，取得了辉煌的成果。
牛顿在谈到自己在科学上成功的原因时，谦逊地说：“因为我是站在巨人肩上的缘故。”
罗伯特·胡克
牛顿对万有引力定律从1665年研究开始，到1686年提出，经历了20多年。对万有引力的发现过程和发现权还有过不同的说法。
意大利佛罗伦萨实验学院的院士博雷利，系统地研究了开普勒的行星运动三定律，1666年提出行星的椭圆轨道是两种相反力量的合成，一是行星被吸向太阳的引力，一是使行星离开太阳的离心力。就像一个小球用线系住旋转起来做圆周运动一样。但是博雷利没有能够计算出太阳与行星之间引力的具体数值。博雷利提出的太阳与行星之间引力与离心力平衡的观点，对力学的发展是一大贡献。
另一位对万有引力做出重大贡献的是罗伯特·胡克。他是英国著名的物理学家和天文学家，在光学、天文学、生物学等方面都有重大成绩，在力学方面的贡献更是卓越，是早期探索万有引力的科学家之一，并发现了有名的弹性定律。
罗伯特·胡克，1635年出生于英格兰南方海边的威特岛，父亲是一位牧师。胡克生来体弱多病，常常因头痛而不能坚持学习。望子成龙的父亲不再对胡克抱有什么希望，而听其自然了。13岁那年父亲去世了，胡克非常伤心，今后怎么生活呢？好心的威斯敏斯特中学校长巴斯比收留了他。
从此，胡克开始了半工半读的求学生活，一边勤奋学习，一边做仆从、金匠、木工等多种临时性工作。通过不懈的努力，终于进入人才辈出的牛津大学读书。毕业后，被推荐到牛津大学波义耳的实验室，担任著名科学家波义耳的助手。胡克开始了他漫长的科学生涯。
胡克以他高超的实验及设计能力，1662年被选为英国皇家学会会员，并被指定为英国皇家学会的实验室主任。
在力学的研究中，胡克认为，地球和地球上的物体之间肯定有某种吸引力，如果没有这种引力的话，那么地球在自转的时候，这些物体就会像雨伞上的水珠一样，因旋转而向四周飞散。
1662年后，胡克曾在高山、平地和深矿井中，多次测量同一物体的重量，来寻找物体的重量随着离地心距离的变化而变化的关系。
1674年，胡克根据惠更斯的物体圆周运动的向心力定律和开普勒定律，提出三个假设：
第一，一切天体都具有倾向其中心的吸引力，它不仅吸引其本身各部分，而且还吸引其作用范围内的其他天体。
第二，凡是正在作简单直线运动的任何天体，在没有受到其他作用力使其倾斜，并使其沿着椭圆轨道、圆周或复杂的曲线运动之前，它将保持直线运动不变。
第三，受到吸引力作用的物体，越靠近吸引中心，其吸引力也越大。
这三条假设，已经包含了万有引力的一些问题，虽然没有能够完全证实，但却为牛顿发现和证明万有引力定律奠定了重要的基础。
1679年，胡克找到了平方反比定律。他写信给牛顿，提出了自己的研究设想。事实上，这时牛顿已经发现了万有引力定律，但治学严谨的牛顿没有立即发表，对胡克的来信也没有答复。
1686年，牛顿完成《自然哲学数学原理》，公布了他的万有引力定律。
胡克声明引力的平方反比定律是他首先发现的。1693年，胡克在皇家学会的会议上，又正式提出他发现万有引力的优先权问题。牛顿声明说，早在1666年他就发现了万有引力定律。
由于牛顿在科学上的成就卓著，影响巨大，于1703年担任英国皇家学会的会长。这样一来，胡克与牛顿在平方反比定律发现权问题上的争论让他在后来的科学史上没有得到应有的地位。
惠更斯对万有引力的发现也做出过贡献。他是荷兰人，是著名的物理学家，数学家，天文学家。惠更斯因提出光的波动说而著名，在他的力学名著《摆钟论》中提出了力学系统守恒的原则，创立了振动中心理论。1684年，提出了力的反比定律。
再有一位对万有引力定律的发现做出贡献的是英国著名天文学家哈雷，他首次用万有引力推算出一颗彗星的轨道。1684年，哈雷悬赏征求对行星作用力的计算，胡克提出了一个计算方法，哈雷不太满意，而牛顿却通过严格的数学方法提出了万有引力。
从这几个科学家对万有引力定律的研究过程来看，牛顿在提出万有引力时，答案已经比较接近了，但牛顿是这些杰出人物中的更杰出的代表，其严格的数学方法和严密的逻辑体系对科学发展的影响极为深远。
牛顿的力学定律，已经构成了经典力学的基本内容，所以人们习惯把经典力学称为牛顿力学。
“哈雷彗星”
牛顿万有引力定律有着广泛的应用。英国著名天文学家哈雷首次用万有引力定律推算出一颗彗星的轨道，并预测出该星以76年为周期绕太阳运转，这颗彗星后来被命名为“哈雷彗星”。
哈雷是怎样发现彗星的规律呢？
1682年的一个夜晚，皓月当空。突然，人们发现天空中出现一颗奇怪的星星，它像一把扫帚，拖着一根长长的尾巴，在群星灿烂的夜空中，格外耀眼，令人惊奇。
这就是我们现在所说的彗星，那时的人们不了解彗星，把它当作灾祸的“妖星”。
16世纪，丹麦天文学家布拉给彗星涂上了一层神秘的色彩，说彗星是由于人类的罪恶造成的，罪恶上升，形成气体，上帝把它燃烧起来，形成丑陋的星体，它放出毒气，散步到人间，形成瘟疫等灾害，来惩罚人类的罪恶行为。天主教对此大肆渲染，要人们向上帝忏悔，求上帝宽恕，否则世界的末日就要到了。
紧接着很多个夜晚，这颗彗星仍然在浩瀚的天空缓慢运行，弄得人心惶惶，直到它渐渐远去，在天际消失，人们的情绪才逐渐安定。
英国天文学家、数学家哈雷决心揭开这个幽灵般的星体之谜。
1656年，爱德蒙·哈雷生于英国伦敦。他并不聪明，天资比较迟钝，但他学习认真，喜欢思考，尤其对天文学具有浓厚的兴趣，对著名天文学家伽利略、布鲁诺崇拜得五体投地，立志当一名出色的天文学家。
1673年，哈雷考入牛津大学，在这所世界著名的高等学府里，他学到了数学和天文学的许多知识。大学三年级时，其父病逝，哈雷得到了一笔遗产，决定到南半球观察星象，令所有认识他的人目瞪口呆。
哈雷认为南半球是观察星象的好地方。1676年秋，21岁的哈雷雇佣两个青年伙伴，在大西洋上乘风破浪，扬帆南下，到了圣赫勒拿岛。这是一个很小的孤岛，居民甚少，没有商店旅社，生活的艰辛可而知。然而对科学执著追求的哈雷顾不得这些，在这座小岛上创立了一个小小的天文台，从此开始了天文研究生涯。他在这里观察行星，探索行星的运行规律。
1678年，哈雷编制了第一个《南天星表》，该星表在伦敦发表后，令他名声大震，由此而被选为伦敦皇家学会会员。
哈雷对天文学的最大贡献，是发现彗星的周期性。这一发现是多么的不易！本来，哈雷和牛顿在剑桥结为好友后，决定双方共同以万有引力定律研究彗星，由于牛顿的繁忙，哈雷独自承担了这项工作。
哈雷开始搜集世界各地关于彗星的资料，东奔西走，终于汇集了大量资料。对资料进行整理、计算后，他发现了1531年、1607年、1682年出现的三颗彗星，轨道非常接近。为什么呢？难道这是巧合吗？
又是几个不眠之夜。
