什么是重力？重力的已往，如今和將來

每當(dāng)我們對(duì)重力有新的發(fā)覺，我們就會(huì)用新的目光對(duì)待我們周圍的天下。

圖片：跳傘

重力是物理學(xué)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(xué)校我們學(xué)習(xí)到：重力指引玉輪在地球周圍的軌道運(yùn)轉(zhuǎn)，指引地球在太陽周圍的軌道運(yùn)。

重力使我們的腳安穩(wěn)在地表上。它指引每個(gè)罰球投籃的軌跡，也指引著每個(gè)我們以前發(fā)射大概將要發(fā)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(chǎng)中的引力探測(cè)器B

重力是物理學(xué)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(duì)在原子核內(nèi)弱小距離內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)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(gè)。一個(gè)小的冰箱磁鐵充足從桌上吸起一個(gè)回形針，即使整個(gè)地球的質(zhì)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(yùn)轉(zhuǎn)

為什么一些封建家說物理學(xué)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(duì)重力的熟悉就不休在提高，如今仍然云云。每當(dāng)我們對(duì)重力有新的發(fā)覺，我們就會(huì)用新的目光對(duì)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(fā)覺于劍橋大學(xué)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(xué)回到英國鄉(xiāng)村的家。幾年后，他報(bào)告一個(gè)傳記作家，在一個(gè)慵懶的中午，他墮入沉思，“由于一個(gè)蘋果的掉落”，他的思緒轉(zhuǎn)向了重力。牛頓不是第一個(gè)注意到蘋果從樹上掉下去的人。當(dāng)他從數(shù)學(xué)上證實(shí)蘋果對(duì)地球的引力一定與月球在軌道上的引力相反時(shí)，他產(chǎn)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(zhì)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(gè)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(xué)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(gè)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?cè)谀乃鼈兙嚯x多遠(yuǎn)。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(xué)的數(shù)學(xué)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(nèi)克說，“那種‘在遠(yuǎn)處有吸引力’的想法對(duì)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(gè)有這種影響的東西”。

愛因斯坦的反動(dòng)

200多年后，引力作用于真空的謎團(tuán)以前被阿爾伯特·愛因斯坦處理，他的廣義相對(duì)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(gè)自我歪曲的空間，就像帕內(nèi)克說的，“牛頓刻畫引力是一種超過空間的活動(dòng)，但是愛因斯坦將它看作是物質(zhì)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(tái)的黑板前。天文學(xué)家們邇來用威爾遜山的望遠(yuǎn)鏡觀察到宇宙正在變大。

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

愛因斯坦的引力看法意味著牛頓的是錯(cuò)的嗎?不是的。只是愛因斯坦的實(shí)際改準(zhǔn)確和全盤。假如你正在盤算一個(gè)扔出的棒球什么時(shí)分砸向地表，大概盤算下一次月食產(chǎn)生的時(shí)間，牛頓引力定律是實(shí)用的。但是，在極度的情況下，比如，當(dāng)觸及到一個(gè)宏大的物體，你必要愛因斯坦的改準(zhǔn)確的方程。僅有經(jīng)過愛因斯坦的廣義相對(duì)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(yùn)作辦法。

圖解：在600千米的距離上觀看十倍太陽質(zhì)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(xué)思索重力。1968年12月，當(dāng)阿波羅八號(hào)宇宙飛船從月球出航時(shí)，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(rèn)的黑洞影像

重力的將來

只管愛因斯坦的實(shí)際在協(xié)助物理學(xué)家處理天體物理學(xué)和宇宙學(xué)的諸多成績(jī)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(duì)論與另一個(gè)宏大的物理學(xué)實(shí)際——形貌亞原子范疇內(nèi)里運(yùn)作的量子力學(xué)——和諧起來。“成績(jī)是廣義相對(duì)論不合過量子力學(xué)，”帕內(nèi)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(duì)論的手稿扉頁

物理學(xué)家渴望有一天一個(gè)更完備的實(shí)際能將廣義相對(duì)論和量子力學(xué)團(tuán)結(jié)起來。假如這件事產(chǎn)生了，我們將能再次以一種新的視覺對(duì)待引力。

干系材料延伸閱讀

廣義相對(duì)論是古代物理中基于相對(duì)性原理使用幾多言語形貌的引力實(shí)際。該實(shí)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(duì)論將經(jīng)典的牛頓萬有引力定律與局面意思相對(duì)論加以推行。在廣義相對(duì)論中，引力被形貌為時(shí)空的一種幾多屬性（曲率），而時(shí)空的曲率則經(jīng)過愛因斯坦場(chǎng)方程和處于此中的物質(zhì)及輻射的能量與動(dòng)量接洽在一同。

圖解：行星繞恒星作公轉(zhuǎn)的經(jīng)典力學(xué)軌道（紅）和廣義相對(duì)論軌道（藍(lán)）比力

從廣義相對(duì)論取得的局部預(yù)言和經(jīng)典物理中的對(duì)應(yīng)預(yù)言十分不同，尤其是有關(guān)時(shí)間流易、空間幾多、自在落體的活動(dòng)以及光的轉(zhuǎn)達(dá)等成績(jī)，比如引力場(chǎng)內(nèi)的時(shí)間變大、光的引力紅移和引力時(shí)間延長(zhǎng)效應(yīng)。廣義相對(duì)論的預(yù)言至今為止以前經(jīng)過了一切觀察和實(shí)行的驗(yàn)證——廣義相對(duì)論固然并非當(dāng)今形貌引力的唯一實(shí)際，但卻是可以與實(shí)行數(shù)據(jù)切合合的最簡(jiǎn)便的實(shí)際。不外仍舊有一些成績(jī)至今未能處理。最為基本的便是廣義相對(duì)論和量子物理的定律應(yīng)怎樣一致以構(gòu)成完備并且自洽的量子引力實(shí)際。

參考材料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學(xué)名詞

3. nbcnews- Dan Falk- YY

如有干系內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)于三十日以內(nèi)接洽作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得受權(quán)，并注意堅(jiān)持完備性和注明出處