什么是重力？重力的过去，现在和未来

什么是重力？重力的已往，如今和将来

每当我们对重力有新的发觉，我们就会用新的目光对待我们周围的天下。

图片：跳伞

重力是物理学中的四大力之一，但是我们了解的重力正在渐渐提高。

什么能比重力更稀有？投出某物，重力使它落到地表，岂非不是吗？在学校我们学习到：重力指引玉轮在地球周围的轨道运转，指引地球在太阳周围的轨道运。

重力使我们的脚安稳在地表上。它指引每个罚球投篮的轨迹，也指引着每个我们以前发射大概将要发射的宇宙飞船的轨迹。它的确把宇宙维系在一同。

图解 : 地球引力场中的引力探测器B

重力是物理学中已知的四种力之一。其他的是控制电、磁和光的电磁力，以及一对在原子核内弱小距离内运转的核力。与我们的直觉相反的是，重力是一切力中最弱的一个。一个小的冰箱磁铁充足从桌上吸起一个回形针，即使整个地球的质量都在把它往下拉。

图解：万有引力使行星依照本身的轨道围绕太阳运转

为什么一些封建家说物理学以前偏离了轨道？

从艾萨克·牛顿和他的苹果年代开头，我们对重力的熟悉就不休在提高，如今仍然云云。每当我们对重力有新的发觉，我们就会用新的目光对待我们周围的天下。

图解：被称为牛顿苹果树后代的一颗苹果树，发觉于剑桥大学的植物莳植园。

牛顿的洞察力

在1666年，23岁的牛顿从剑桥大学回到英国乡村的家。几年后，他报告一个传记作家，在一个慵懒的中午，他堕入沉思，“由于一个苹果的掉落”，他的思绪转向了重力。牛顿不是第一个注意到苹果从树上掉下去的人。当他从数学上证实苹果对地球的引力一定与月球在轨道上的引力相反时，他产生了宏大的看法。

牛顿引力定律的中心——如今被称作万有引力定律——宇宙中的一切物体在不休地吸引着其他物体。力的轻重和质量成恰比，换句话说，物体越大，引力越大。

图片：艾萨克·牛顿的印象牛顿在伍尔索普的果园里，一个苹果掉了下去，让他思索万有引力。

重力的轻重也随着物体之间的距离减小。正如物理学家所说，力与它们之间距离的平方成反比。这就是说假如你使两个物体之间的距离愈加，它们施加给互相的重力的轻重只增大四分之一。

牛顿是如此形貌引力的：万物吸引万物，无论它们在哪它们距离多远。但是一些引力的看法使他懊恼。力是如安在真空中起作用的?

图解：牛顿本人的《天然哲学的数学原理》抄本，并带出息第2版所作的修正。

纽约《地心引力:揭开我们脚下的奥密》(2019年出书)一书的作者理查德·帕内克说，“那种‘在远处有吸引力’的想法对他来说毫偶然义。” “在他生命的最初，牛顿说：大概有一天，我们将找到这个有这种影响的东西”。

爱因斯坦的反动

200多年后，引力作用于真空的谜团以前被阿尔伯特·爱因斯坦处理，他的广义相对论用一种新的办法形貌了引力。牛顿以为引力是一种力，而爱因斯坦将它看作一个自我歪曲的空间，就像帕内克说的，“牛顿刻画引力是一种超过空间的活动，但是爱因斯坦将它看作是物质和空间的互相作用。”

图片：1931年1月，阿尔伯特·爱因斯坦在洛杉矶田野威尔逊山天文台的黑板前。天文学家们迩来用威尔逊山的望远镜观察到宇宙正在变大。

空间的歪曲固然不可思议。一个有效的类比：就像一个保龄球掉落在橡胶板上，歪曲橡胶板的外表。如今想象一个大理石在纸上转动。由于外表是歪曲的，大理石沿着弯曲的路途转动。这个大理石的活动就像保龄球被施了一个力在外表。

爱因斯坦的引力看法意味着牛顿的是错的吗?不是的。只是爱因斯坦的实际改准确和全盘。假如你正在盘算一个扔出的棒球什么时分砸向地表，大概盘算下一次月食产生的时间，牛顿引力定律是实用的。但是，在极度的情况下，比如，当触及到一个宏大的物体，你必要爱因斯坦的改准确的方程。仅有经过爱因斯坦的广义相对论，我们才干了解像黑洞如此的外星物体和像引力波如此的征象的运作办法。

图解：在600千米的距离上观看十倍太阳质量的黑洞（模仿图），背景为银河系

在大大多情况下，封建家仍旧像牛顿那样，将引力看作一种力。乃至宇航员也倾向于用牛顿力学思索重力。1968年12月，当阿波罗八号宇宙飞船从月球出航时，宇航员比尔·安德斯打趣道：“我以为艾萨克·牛顿如今是主要的驾驶员。”

图解：在室女A星系中央的黑洞，此为人类初次观察并取得确认的黑洞影像

重力的将来

只管爱因斯坦的实际在协助物理学家处理天体物理学和宇宙学的诸多成绩上取得了告捷，但它约莫并不是引力的终极定论。这是由于还没有人想出怎样将广义相对论与另一个宏大的物理学实际——形貌亚原子范畴内里运作的量子力学——和谐起来。“成绩是广义相对论不合过量子力学，”帕内克说。“重力是四种力中唯一没有量子表明的。”

图解：爱因斯坦表明广义相对论的手稿扉页

物理学家渴望有一天一个更完备的实际能将广义相对论和量子力学团结起来。假如这件事产生了，我们将能再次以一种新的视觉对待引力。

干系材料延伸阅读

广义相对论是古代物理中基于相对性原理使用几多言语形貌的引力实际。该实际由阿尔伯特·爱因斯坦等人自1907年开头提高，终极在1915年基本完成。广义相对论将经典的牛顿万有引力定律与局面意思相对论加以推行。在广义相对论中，引力被形貌为时空的一种几多属性（曲率），而时空的曲率则经过爱因斯坦场方程和处于此中的物质及辐射的能量与动量接洽在一同。

图解：行星绕恒星作公转的经典力学轨道（红）和广义相对论轨道（蓝）比力

从广义相对论取得的局部预言和经典物理中的对应预言十分不同，尤其是有关时间流易、空间几多、自在落体的活动以及光的转达等成绩，比如引力场内的时间变大、光的引力红移和引力时间延长效应。广义相对论的预言至今为止以前经过了一切观察和实行的验证——广义相对论固然并非当今形貌引力的唯一实际，但却是可以与实行数据切合合的最简便的实际。不外仍旧有一些成绩至今未能处理。最为基本的便是广义相对论和量子物理的定律应怎样一致以构成完备并且自洽的量子引力实际。

参考材料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. nbcnews- Dan Falk- YY

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