什么是重力？重力的過去，現在和未來

什么是重力？重力的已往，如今和將來

每當我們對重力有新的發覺，我們就會用新的目光對待我們周圍的天下。

圖片：跳傘

重力是物理學中的四大力之一，但是我們了解的重力正在漸漸提高。

什么能比重力更稀有？投出某物，重力使它落到地表，豈非不是嗎？在學校我們學習到：重力指引玉輪在地球周圍的軌道運轉，指引地球在太陽周圍的軌道運。

重力使我們的腳安穩在地表上。它指引每個罰球投籃的軌跡，也指引著每個我們以前發射大概將要發射的宇宙飛船的軌跡。它的確把宇宙維系在一同。

圖解 : 地球引力場中的引力探測器B

重力是物理學中已知的四種力之一。其他的是控制電、磁和光的電磁力，以及一對在原子核內弱小距離內運轉的核力。與我們的直覺相反的是，重力是一切力中最弱的一個。一個小的冰箱磁鐵充足從桌上吸起一個回形針，即使整個地球的質量都在把它往下拉。

圖解：萬有引力使行星依照本身的軌道圍繞太陽運轉

為什么一些封建家說物理學以前偏離了軌道？

從艾薩克·牛頓和他的蘋果年代開頭，我們對重力的熟悉就不休在提高，如今仍然云云。每當我們對重力有新的發覺，我們就會用新的目光對待我們周圍的天下。

圖解：被稱為牛頓蘋果樹后代的一顆蘋果樹，發覺于劍橋大學的植物蒔植園。

牛頓的洞察力

在1666年，23歲的牛頓從劍橋大學回到英國鄉村的家。幾年后，他報告一個傳記作家，在一個慵懶的中午，他墮入沉思，“由于一個蘋果的掉落”，他的思緒轉向了重力。牛頓不是第一個注意到蘋果從樹上掉下去的人。當他從數學上證實蘋果對地球的引力一定與月球在軌道上的引力相反時，他產生了宏大的看法。

牛頓引力定律的中心——如今被稱作萬有引力定律——宇宙中的一切物體在不休地吸引著其他物體。力的輕重和質量成恰比，換句話說，物體越大，引力越大。

圖片：艾薩克·牛頓的印象牛頓在伍爾索普的果園里，一個蘋果掉了下去，讓他思索萬有引力。

重力的輕重也隨著物體之間的距離減小。正如物理學家所說，力與它們之間距離的平方成反比。這就是說假如你使兩個物體之間的距離愈加，它們施加給互相的重力的輕重只增大四分之一。

牛頓是如此形貌引力的：萬物吸引萬物，無論它們在哪它們距離多遠。但是一些引力的看法使他懊惱。力是如安在真空中起作用的?

圖解：牛頓本人的《天然哲學的數學原理》抄本，并帶出息第2版所作的修正。

紐約《地心引力:揭開我們腳下的奧密》(2019年出書)一書的作者理查德·帕內克說，“那種‘在遠處有吸引力’的想法對他來說毫偶然義。” “在他生命的最初，牛頓說：大概有一天，我們將找到這個有這種影響的東西”。

愛因斯坦的反動

200多年后，引力作用于真空的謎團以前被阿爾伯特·愛因斯坦處理，他的廣義相對論用一種新的辦法形貌了引力。牛頓以為引力是一種力，而愛因斯坦將它看作一個自我歪曲的空間，就像帕內克說的，“牛頓刻畫引力是一種超過空間的活動，但是愛因斯坦將它看作是物質和空間的互相作用。”

圖片：1931年1月，阿爾伯特·愛因斯坦在洛杉磯田野威爾遜山天文臺的黑板前。天文學家們邇來用威爾遜山的望遠鏡觀察到宇宙正在變大。

空間的歪曲固然不可思議。一個有效的類比：就像一個保齡球掉落在橡膠板上，歪曲橡膠板的外表。如今想象一個大理石在紙上轉動。由于外表是歪曲的，大理石沿著彎曲的路途轉動。這個大理石的活動就像保齡球被施了一個力在外表。

愛因斯坦的引力看法意味著牛頓的是錯的嗎?不是的。只是愛因斯坦的實際改準確和全盤。假如你正在盤算一個扔出的棒球什么時分砸向地表，大概盤算下一次月食產生的時間，牛頓引力定律是實用的。但是，在極度的情況下，比如，當觸及到一個宏大的物體，你必要愛因斯坦的改準確的方程。僅有經過愛因斯坦的廣義相對論，我們才干了解像黑洞如此的外星物體和像引力波如此的征象的運作辦法。

圖解：在600千米的距離上觀看十倍太陽質量的黑洞（模仿圖），背景為銀河系

在大大多情況下，封建家仍舊像牛頓那樣，將引力看作一種力。乃至宇航員也傾向于用牛頓力學思索重力。1968年12月，當阿波羅八號宇宙飛船從月球出航時，宇航員比爾·安德斯打趣道：“我以為艾薩克·牛頓如今是主要的駕駛員。”

圖解：在室女A星系中央的黑洞，此為人類初次觀察并取得確認的黑洞影像

重力的將來

只管愛因斯坦的實際在協助物理學家處理天體物理學和宇宙學的諸多成績上取得了告捷，但它約莫并不是引力的終極定論。這是由于還沒有人想出怎樣將廣義相對論與另一個宏大的物理學實際——形貌亞原子范疇內里運作的量子力學——和諧起來。“成績是廣義相對論不合過量子力學，”帕內克說。“重力是四種力中唯一沒有量子表明的。”

圖解：愛因斯坦表明廣義相對論的手稿扉頁

物理學家渴望有一天一個更完備的實際能將廣義相對論和量子力學團結起來。假如這件事產生了，我們將能再次以一種新的視覺對待引力。

干系材料延伸閱讀

廣義相對論是古代物理中基于相對性原理使用幾多言語形貌的引力實際。該實際由阿爾伯特·愛因斯坦等人自1907年開頭提高，終極在1915年基本完成。廣義相對論將經典的牛頓萬有引力定律與局面意思相對論加以推行。在廣義相對論中，引力被形貌為時空的一種幾多屬性（曲率），而時空的曲率則經過愛因斯坦場方程和處于此中的物質及輻射的能量與動量接洽在一同。

圖解：行星繞恒星作公轉的經典力學軌道（紅）和廣義相對論軌道（藍）比力

從廣義相對論取得的局部預言和經典物理中的對應預言十分不同，尤其是有關時間流易、空間幾多、自在落體的活動以及光的轉達等成績，比如引力場內的時間變大、光的引力紅移和引力時間延長效應。廣義相對論的預言至今為止以前經過了一切觀察和實行的驗證——廣義相對論固然并非當今形貌引力的唯一實際，但卻是可以與實行數據切合合的最簡便的實際。不外仍舊有一些成績至今未能處理。最為基本的便是廣義相對論和量子物理的定律應怎樣一致以構成完備并且自洽的量子引力實際。

參考材料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. nbcnews- Dan Falk- YY

如有干系內容侵權，請于三十日以內接洽作者刪除

轉載還請取得受權，并注意堅持完備性和注明出處