人穷就要多读书呀

何为万有引力？其实所有对于力的描述，都是用来解释世界万物是如何运动的。在牛顿之前根本就没有“力”的概念。而概念是物理学沟通中的一个重要工具，是思维与想象之间的根本区别。要探究万有引力这个概念，最好先从人类关于“运动”的故事开始。

牛顿之前的“运动”。

有这样一个事实：在牛顿之前，对于我们生活的这个空间里，物体如何运动，一直无人能解答。

正因如此，那个时代的世界被命运的精灵和魔鬼所控制。一些魔法、巫术、迷信的思想，是那个时代的热门话题。即便古希腊的哲学家们，也将物体的运动归结于，它们是否具有和人类一样的欲望或者情感。所谓的“水火土气”具有各自的本性，它们遵循本性而运动。物体之所以会停下来，只是因为“累”了而已，一些物体之所以会掉在地面，是因为它们渴望与大地合二为一。

以现在的科学语境来解释，就是力是维持物体运动的原因。物体只有在为外力的推动下才能一直运动，外力一旦停止，运动也就停止。这也正是亚里士多德的主张，而这种说法一直从公元前4世纪，延续到了公元后16世纪。

牛顿开启的力学观。

1666年，23岁的牛顿，驱除人类脑中被亚里士多德学派植入的精灵，提出了力的概念，并描述了力的三大特质（牛顿力学三定律）。而且人类第一次可以用简单的公式，来预测物体未来的运动轨迹。

而牛顿之所以能建立万有引力定律，皆因洞察到苹果坠落的秘密。世界万物都在掉向地球，这就是牛顿发现的物理图景。牛顿意识到，如果他站在一个山顶上，只要以足够大的速度扔出一块石头，石头就可以像月亮一样，永远围绕地球做自由落体运动。

而石头的速度，取决于扔出它的那一瞬间，因此牛顿认为力是瞬时的，更是一种超距作用。比如太阳如果突然消失，牛顿认为地球就会立即飞离自己的轨道，飘向宇宙深渊之中。这也就意味着，地球上的时间与太阳上的时间是同步的，乃至于宇宙整个空间的任何一个位置的时间都是同步的。这就是牛顿的绝对时间观。在地球上的一米，到宇宙中任何地方，都是一样的长度，不会发生任何变化。这就是牛顿的绝对空间观。

当牛顿建立了这种绝对空间与绝对时间的常识概念，空间和时间就能构成一个绝对的参考系，可以描述我们日常生活中所有的运动。而引力到底是什么？牛顿并没有去想，因为他兴奋地沉浸在他建立的万有引力定律对万物运动的预言之中。

打破超距作用的场概念。

1860年，麦克斯韦继承了法拉第关于“场”的概念，并建立起了场的数学表达式。虽说麦克斯韦研究的是电磁现象，但他所完善的场概念，被爱因斯坦称为是物理学自牛顿以来最深刻的成果。

在麦克斯韦的场概念中，电磁力的传播，不像牛顿的力那样是瞬间作用，而是需要时间来传播的。而且在揭示了电磁波与光之间的关系之后，关于光速的描述，让经典物理学的两大支柱：牛顿力学与麦克斯韦电磁波理论产生了无法调和的矛盾。

牛顿力学描述的速度，是可以叠加的。而麦克斯韦的电磁波理论中，光速却是恒定的。同样是对速度的描述，为什么万物适用的牛顿力学对于光，就不再适用了呢？到底是牛顿错了，还是麦克斯韦错了？

爱因斯坦对光的理解，勾勒出了对引力的物理图景。

如果你开着一辆光速行驶的车子，远离后方的钟塔。由于后方的光已经追不上你，在你看来钟塔上的钟已停止转动，而如果你看自己的手表，会发现手表依然在运转。

当爱因斯坦想到这一点时，绝对时间观轰然倒塌。不同的速度下，时间的流逝是不一样的。一个跨时代的光速图景在爱因斯坦的大脑里展开了。

1905年，爱因斯坦通过对这个物理图景的思考，打破了牛顿的绝对时间与绝对空间观，提出了时间与空间的相对性。这对理解物体的运动，迈进了一大步。

在爱因斯坦的相对时空观里，光速不变就成了一个合理的解释。虽然当时MM实验已经验证了光速不变，但对于爱因斯坦来说，麦克斯韦的理论给他的启发远远胜于MM实验。

空间可变，就意味着空间可扭曲。而所有物体的运动都依附于空间，也就代表着描述物体运动的力与空间具有深层次的联系。当爱因斯坦将麦克斯韦的“场”概念引入力学中后，引力场替代了万有引力的超距作用。

空间的形变使万物有了运动的趋势，而这种运动的趋势就是引力场。所以说，引力场就是空间扭曲的结果。

总结

引力是空间的扭曲的结果，是人类目前知晓的最接近引力本质的一种诠释。

通过了解人类对运动的认知发展，我们可以看到科学是如何一步一步地去触及自然现象的本质。而看似不相关的光学现象，却让人们更加深刻地理解了引力的本质。而在孜孜不倦地探索中，人们也发现不同的自然现象之间似乎总是存在着某种隐秘的联系。

而这种联系正是爱因斯坦一生所追求的宇宙秩序，这种物理直觉，也正是现代物理学追求大统一终极理论的初衷。

想法捕手

牛顿认为引力是质量产生的，至于为什么有质量的物质会产生引力，牛顿并不知道。后来，一个人站在了牛顿的肩膀上，他就是爱因斯坦。爱因斯坦认为引力的本质就是空间的几何扭曲导致的，引力其实并不是一种力。

到了爱因斯坦这里，引力似乎简单明了的多了。当然了，既然相对论有对引力的描述，作为物理学两大支柱的量子力学，当然也有对引力本质的描述。量子力学认为引力它是引力子交换导致的，不过可惜的是，科学家们并没有发现引力子的任何踪迹。

虽然科学界的各位前辈以及给出了引力的定义，但似乎距离我们认为的引力本质还有很多差距。为什么质量会产生引力？为什么时空弯曲了物体就有一个往“下”的力？为什么找不到“引力子”？一些列的问题直指引力的本质。

如果引力真的是空间的几何弯曲导致，那么是否说明存在一个更高维度，因为只有高维度存在，空间才可以扭曲，才可以向“下”。物质有一个落向“下”的力，且这个力并不是大质量物体给的，而是空间凹陷的原因。所以，必然在高维空间中存在一个类似于“地面”的存在，可以对所有有质量物质产生一下“向下”的力。故而，质量越大就会导致空间被往“下”撕扯的越厉害，空间曲率就越大。这样，高维空间的存在也解释了引力子为什么找不到，因为引力子是在高维空间存在，我们三维找不到。我想，或许这才是引力的本质吧。

当然了，想要知道这种想法对不对，只有我们真的进入高维空间了，才有资格一窥究竟。

科学探秘频道

按照爱因斯坦广义相对论的诠释，引力的本质就是时空弯曲。在上世纪初期，爱因斯坦通过广义相对论给出了引力的本质，并描述了时空，物质与运动之间的关系，这就是著名的爱因斯坦引力场方程：

简单说，方程的左边是时空弯曲情况，右边是物质及其运动情况，用一句话总结：物质告诉时空如何弯曲，而时空告诉物质如何运动！

广义相对论解释了牛顿万有引力的本质。虽然牛顿发现了万有引力定律，但他不知道为什么万物之间会有引力，直到爱因斯坦的出现，他异于常人的思维让广义相对论呼之欲出，彻底打破了人们的传统思维方式！

那么既然引力的本质是时空弯曲，也是时空弯曲的表象，为何多数时候我们仍用到万有引力定律而不是时空弯曲呢？为什么不用时空弯曲彻底代替引力呢？

万有引力可以看做时空弯曲的近似表达，而这个近似表达对于我们生活的世界来说已经足够精确，同时万有引力又非常简单，更容易理解和操作，如今科学家发射火箭等用万有引力定律已经足够精确了！

但万有引力并不能解释所有天体之间的作用问题，比如说水星的近日点进动问题，万有引力就解释不了，而广义相对论能完美的诠释！

而如今广义相对论已经被越来越多的科学家证实，很多种宇宙现象都完美地符合相对论的预测，而相对论也成为现代物理学的两大基石之一，另一个就是量子力学！

宇宙探索

“万有引力”是牛顿的概念，他认为引力是万有的，也就是说任何物体都有引力，区别只是大小不同而已，并且引力小的物体会被引力大的物体所捕获，可以说牛顿万有引力出现到现在为止都是非常好用的理论，宇航员登月和卫星发射全靠它。

不过牛顿属于知其然不知其所以然，他并不知道引力的产生机制，好在这一问题被数个世纪后的爱因斯坦广义相对论“解决”了。

爱因斯坦在完成狭义相对论之后就一心想把引力也放进去，为此他经过数年的苦思冥想得到了“引力就是时空扭曲”的广义相对论，并且解决了牛顿万有引力所不能解决的近光速与强引力场下的运动问题。

在爱因斯坦看来所谓的引力不过是质量扭曲时空产生的几何跌落，太阳就是凭着巨大的质量扭曲了太阳系的时空，才让地球等天体不断向着太阳跌落，不过由于太空中的地球公转产生的离心力与太阳引力抵消，因此地球一直没有跌落到太阳中。

细心的读者肯定注意到了第二段最后的“解决”，之所以要加上引号是因为量子力学并不认同广义相对论时空扭曲产生引力说法，事实上量子力学中一直假设了一种被称为“引力子”的存在，量子力学认为引力子的交换才是引力产生的根本原因。

广义相对论与量子力学的互相矛盾说明我们人类对引力的本质认识还存在着错误和偏差，这种错误和偏差只能寄希望于未来的物理学家们了。

宇宙探索未解之迷

引力的格格不入

上世纪，科学发现宇宙中存在着四种作用，分别是强力、弱力、电磁力和引力。这四大作用力有点类似于胶水，把物质粒子结合到了一起。强力和弱力确保了原子核的结构，电磁力是确保了原子结构的存在，而引力则是物质之间相互吸引的力。

而在这四大作用力当中，人类最早能够系统的认知的是引力。不过，引力也是最让科学家们头疼的一个力。这是因为上世纪50~70年代，科学家在狭义相对论和量子力学的基础上，基于对麦克斯韦方程的认识，建立起了一套粒子物理学标准模型。

这套模型把四大作用力中的电磁力和弱力统一了起来，也就是温伯格等人的电弱理论，同时强力也被纳入到了这个体系当中，但偏偏引力一直无法纳入到这个体系。科学家也试图将其强行纳入到这个体系当中，结果理论和实际相去甚远，因此，并没有被广泛接受。

关于引力的认知，目前主流的理论是牛顿力学和广义相对论。而关于引力本质的诠释则是广义相对论。今天，我们就来聊一聊：引力的本质。

万有引力

其实早在牛顿之前，人们就发现了万物都会往地面上落的现象。为此，古希腊的哲学家亚里士多德就提出了一套逻辑自洽的理论，但是这只是在哲学层面上的一些探讨，并没有非常严格的推导。后来，到了牛顿的时代，牛顿解决了这个问题，他发现万物往地上落和地球绕着太阳转其实是一回事，这是因为物质之间都有彼此吸引的力。

于是，基于这个发现，牛顿推导出了著名的万有引力定律。这个理论和当时的观测现象拟合的很好，几乎没有什么误差，甚至有学者直接利用这个理论，依靠笔和纸预测了海王星的存在，然后天文学家一观测预言的位置，果然有一颗行星在那里。

但是，如果你要问牛顿，引力的本质是什么？他其实是不太能够说服你的。

牛顿认为引力是一种超距力，说白了就是瞬间传递的一种作用。我来举个例子帮你理解一下，如果太阳突然消失，那地球就会立马沿着轨道的切线方向飞出去。

但为什么是超距力，牛顿也是回答不上来的。

万有引力的本质

虽然牛顿不能给我们一个很好的解决方案，不过，后来物理学界出现了一位堪比牛顿的大神，也就是爱因斯坦，在1905年，他基于光速不变原理和相对性原理提出了狭义相对论。

10年后，也就是1915，他又提出了广义相对论。无论是狭义相对论还是广义相对论，本质上就是在研究运动物体对于时空的变化，前者是在平直的时空当中，或者说是在惯性参考系（没有变速运动的情况下）；而后者则是在弯曲的时空当中，或者说是在费惯性参考系（有变速运动的情况下）。

而爱因斯坦通过等效原理，就把广义相对论和引力联系了起来。他发现，引力的本质其实就是时空的弯曲。

地球可以绕着太阳运动，说白了就是太阳的质量使得周围的时空弯曲了，地球只是沿着弯曲的“面”，也就做测地线在运动。

这听起来很抽象，毕竟时空使我们看不到的。那我们如何知道爱因斯坦说的对不对呢？

实际上可以利用观测来解决这个问题。

万有引力定律 vs 广义相对论

当时，爱因斯坦刚提出广义相对论时，其实能看得懂的人就不多，更不要说能够论证这个理论对不对的人了。爱因斯坦就一直在极力主张通过观测来判定自己的理论是不是对的。他曾经资助过一个天文学家来求证，结果这个天文学家因为一战的原因，被当做间谍给关了起来。后来，英国的天文学家爱丁顿就亲率团队进行求证。

这可以说是一场万有引力定律和广义相对论直接面对面的角斗，是科学家之间的战争，比拼的是谁的理论和现实更吻合。结果爱丁顿在这次日全食观测中，观测到光线偏折的角度更接近于广义相对论，从而宣告了爱因斯坦的胜利，从此爱因斯坦一举成名，成为了理论物理学史上可以和牛顿并立的科学家。

而广义相对论后来也经历了多次观测的求证，最终成为了主流的科学理论，并且广义相对论的预言的引力波和黑洞也被科学家观测到了。

所以，如今对于引力的本质的解释就是广义相对论的诠释，也就是时空的弯曲。

薛定谔的科学

答案：以目前人类认知来看，万有引力的本质是时空扭曲，时空就是时间和三维空间。

万有引力定律的发现

牛顿利用自己的微积分思想和总结了开普勒三定律后，发现了万有引力定律。1687年，在他出版的《自然哲学的数学原理》一书中描述了这个现象，牛顿认为万有引力定律具有普适性，适用于所有物体，并且引力大小只与物体的质量和距离有关，这就是我们在物理课本上学过的万有引力公式。

虽然牛顿当时发现了这个定律，但却不知道万有引力常量G的大小，直到1789年卡文迪许通过扭秤实验测出G的数值，公式才得以完善，科学家利用这个公式还发现了海王星和哈雷彗星。

万有引力在大质量天体间比较明显，人与人之间虽然也有，但小到可以忽略。

爱因斯坦解释引力

万有引力的正确性早已在天体中证实，但它是如何产生的？为什么会相互吸引？

牛顿的解释是：万有引力是物体固有的属性，有重量的物体都会存在，并且当时认为万有引力是超距的，可以在瞬间传递到无限远的地方，不需要作用时间。

这个观点和爱因斯坦在1905年提出的狭义相对论有所矛盾，爱因斯坦认为“真空中的光速是信息传递的极限速度”。为了解决矛盾点，1915年，爱因斯坦在他的广义相对论中对万有引力本质做出了解释，认为万有引力并不真实存在，引力只是一种假象，它的本质是质量会对周围时空造成扭曲。

例如，将铅球放在弹床中间，再沿弹床边扔一个玻璃球，由于铅球的重量导致弹床凹陷，所以玻璃球会绕着铅球转几圈后下落；这个现象本质上和行星绕恒星运动是一样的，只不过弹床存在摩擦力，而天体运动的真空环境中几乎没有摩擦力。

弹床所表现的仅仅是面上的空间扭曲，实际情况是下面这张动图。

为了验证爱因斯坦的猜想，1919年5月底，科学家利用日全食进行了著名的星光偏转实验。

通常情况下，太阳背后的恒星发出的亮光会被太阳遮挡，只有发生日全食时，昏暗的条件下，太阳背后恒星发出的光线，通过太阳引力偏折后能传递到地球上，人类才可能直接观察到太阳背后的恒星。如上图，实线是光线传播轨迹，虚线是地球上人类观察到恒星位置的虚像。

利用爱因斯坦的引力场公式，计算出的数据和实际观测到的结果完全一致，而利用牛顿万有引力定律计算出的偏折角和位置，与实际数据相差一半以上，误差较大。所以科学家认为爱因斯坦对引力本质的解释更科学。

但这并不代表牛顿的万有引力定律是错的，它有一定的适用范围，只能适用于弱引力场，在强引力场中会失效。例如，太阳对水星的引力最强，利用万有引力定律计算水星近日点进动问题会出现一定偏差。

此后，从日全食中得到更多星光偏移的数据，表明了爱因斯坦理论的正确性，时空扭曲才是引力的本质。

质量越大的物体对时空扭曲作用越明显，空间的扭曲使光线改变原有运行轨迹，时间的扭曲则会让时间真正变慢。例如，地球的地核位于引力中心位置，地核所经历的时间会比地壳更慢，在地球46亿年的历程中，地核比地壳年轻2.5年。

卓聚乐学

万有引力定律的另类解读：（与时俱进的放飞一下思想吧）

万物的存在是由“阳性的世界”和“阴性的智慧”共同构成的！这就是最新由量子力学所引发出来的“人物分合论”，即：

“阳性的世界”组成了“物体链”，即“人类、自然、社会、网络和宇宙”，这个“物体链”用M来代替；

“阴性的智慧”组成了“人体链”，即“基因、遗传、意识、灵魂和兴趣”，这个“人体链”用m来代替！

万物之间最主要的变化就是“物体链”（M）与“人体链”（m）之间的融合与碰撞，继而衍生出一种能量或力（F）。

所以，牛顿万有引力定律还有另外一层意思，即在宏观与微观存在的空间里，还有另外一种存在，它的表现形式仍可用：

F＝G^Mm/r^2来表达，但其中的系数和距离另有描述！

可见，万有引力定律的本质是人与物之间的关系！也就是说，只有人体与物体之间的关系，才算得上是“主关系”，或者是“强关系”，而物体与物体之间的关系，只能是“次关系”，或者是“弱关系”……

（未完待续，更多的交流，可关注“定慧堂”及《智慧科学的虚学原理》-主编 胡宝钢）

定慧堂

爱因斯坦在广义相对论当中明确地提出了，万有引力的本质是时空的几何。一种作用力是一种几何，这种宣称完全颠覆了我们对“力”的认知方式。这也使得看待其他基本力的本质有了新的可能——或许所有力的本质都是某种能量造成的几何结构。

如何来理解万有引力是时空的几何？

先用平面来比喻我们的宇宙，那么时空的几何就可以简单比喻为纸面上的褶皱，扭曲。但经常科普作品当中的那种用凹陷平面来演示引力扭曲时空的图示容易造成误解，让我们误以为实际宇宙中的引力也是这样的凹陷。例如下面这个：

上图：我们在科普作品上经常见到的说明物质形成时空扭曲的示意图，常常引起误解。

实际上，真实的宇宙中的引力应该理解为一种时空的密度，应该类似下面的这种三维的示意——质量导致时空的密度增大，时空的网格被扭曲，向内变得密实，因此才有了大质量物体附近的时间流逝相对缓慢的结论——这个是被实验证实的，例如GPS定位卫星网格中不同的卫星上的原子钟的时间会发生偏差，因此GPS卫星的原子钟必须定期校时；此外，科学家曾经计算过地球的地核因为处于引力中心，实际上比地壳要年轻5岁。

上图：实际上的时空扭曲应该以这样的方式来展现，时空在质量周围是变得更密实了。

质量与引力的关系

一切有质量物体周围都有引力，这个事实似乎也透露了质量的某种本质。既然质量与引力的关系如此密切，或许质量本身也是时空的某种几何。个人认为，质量可能就是蜷缩的高密度时空，是时空因能量的作用在小体积内以特定方式蜷缩形成相对稳定状态的一种形式（比如打了一个结）。所有有质量的物体，包括微观粒子，最终都会衰变为没有质量的纯能量形式，这是大量实验所反复发现的客观情况，虽然目前尚未有观察到质子自然衰变的情况，但科学家认为质子必然也会衰变（平均寿命> 2.1×10^29 年）。在这种意义上讲，引力可能只是质量本质的外溢表现，它与质量可能就是同一种东西！

而质量又与希格斯玻色子关系密切，那么我们似乎可以继续推测，希格斯玻色子与引力子的关系。但希格斯玻色子不是度规玻色子，因此不是传递引力的粒子，而只是原位产生质量的标量粒子。目前科学界仍然没有办法对引力子的特征进行确定，如果能够将确认引力子的存在，那么对于质量和引力的本质或许会有更清楚的认识。

小宇堂

我个认为，万有引力的本质是大气压强，与地球质量相互，协同作用的结果。

它好像又是一种质量的活性。在宇宙中，有空隙的地方，也同样存在。这种质量的物质特征，相互作用的拉力场，或运动的时光。

岁月如梭水如歌

任何力都是微观粒子相互作用的表象。

万有引力同样是微观粒子相互作用的结果。

不要相信爱恩斯坦的广义相对论，它会把科学带进死胡同。

牛顿公式只是描述引力的特点，但没说明引力是什么，总的来说比广义相对论科学。但是，牛顿的引力公式也是有问题的，只有物体间相对静止或者低速运动才适合使用。当物体之间高速运动时，因为引力的传递需要时间，物体之间的引力就不满足牛顿公式。

我假想存在一种微观粒子（所有假想都是不科学的）。这是一种质量极小、速度极高、内能极低的粒子。我把这种粒子称作重力以太。当重力以太碰撞到电荷时，就会转化为一种质量较大、速度较慢、内能较高的粒子。我把这种粒子称作电以太。在重力以太转化为电以太时，动量发生变化，就会产生冲力。同样，电以太转分解重力以太时，也会对电荷产生冲力。或许这是库仑力，或许也贡献万有引力。

正、负电以太又可以进一步结合成一种质量更大、速度更低、内能更高的粒子。我把这种粒子称作光以太。这个转化过程，动量也会发生变化，也会产生力，或许也是库仑力或者万有引力。光以太不是传播光子的介质，而是阻碍光子传播的介质。引力场越强的地方，光以太的浓度就越大，光传播的速度就越慢。

不要把重力子和重力以太混淆。重力子需要相互吸引，然后重力以太则不需要。只要一种粒子可以被合成或者分解成新的粒子，那么动量就会变化，就可以产生力。

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關鍵字: 万有引力 概念 科学

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