[科普中国]-万有引力是怎样产生的？

提起万有引力，人们总会想起牛顿和苹果树的故事。万有引力定律的提出是人类科学史上一个很大的进步，它既解释了原来无法解释的很多物理现象，又打开了更多未知领域的大门。万有引力究竟是怎样产生的呢？

在牛顿的万有引力公式中，有一个万有引力常数G。虽然按照公式来说，计算出常数G似乎是一件非常容易的事情，只要将物体基础的测量数据代入到公式中即可。但实际上，地球上一般物体的质量太小了，所以它们之间的引力非常小，不易测量。而宇宙中的天体又太过遥远和庞大，很难测量出它们的质量。在《自然哲学的数学原理》一书中，牛顿设想了一种可能的计算方式：将摆设置在一座山的附近，由于山会对摆施加引力，所以当摆运动时，其靠近山的一侧会有微小的偏角，而这个偏角是可以测量的。再由此推算地球的平均密度和质量，最终计算出引力常数。但当时的牛顿认为山对摆的影响是小到无法测量的，最终没有进行实验。只是推测出地球的平均密度可能是水密度的五到六倍，他根据这个数据间接计算出了引力常数，但是与现代的测量数据相比较，还是有较大差距的。牛顿去世后，后继者们仍未放弃对引力常数的追寻。直到1798年，卡文迪许终于利用扭秤实验测得引力常数G的数值，这个结果与现代仪器测量的结果相比只有不到1%的误差。以当时的实验条件来看，是相当了不起的成就。

那万有引力到底是什么呢？

从量子力学的理论解释：光子是组成物质的最基本粒子，在信息场相互作用下，光子必须不断改变自己的状态达到与其他光子的平衡。而万有引力其实就是物质存在的一种信息场。从磁场理论解释：世界上所有物质都是原子组成，原子正负电荷互相吸引时，物质之间形成的磁场力就是万有引力。而用相对论解释：万有引力其实是不存在的，它不过是时空扭曲现象的必然结果而已。

在广义相对论中，时间和空间不再是相对独立的存在。考量物体运动的场景，不再是三维空间，而是时间与空间相互联系的四维空间——时空。四维时空则可能不是平直的——它可能是以球面为代表的正曲率空间，也可能是以马鞍面为代表的负曲率空间，只有在曲率为零时它简化为平直空间。而时空的曲率，由其中的物质决定。

由此，从爱因斯坦场方程中，可以求解出不受外力的自由质点在弯曲空间的轨迹，它是四维时空中的一条螺旋状曲线。如果把它投影到三维空间中，恰好是行星在太阳引力作用下的椭圆轨道。也就是说，行星围绕太阳的运动，不过是它在四维时空中的惯性运动，根本不需要什么万有引力。

虽然从各种科学角度去分析万有引力都有不同的解释，但究竟哪种说法更接近真实情况目前还难以定论。而万有引力的产生原理也还有必要进一步去探索求知。但不可否认的是，万有引力的产生原理一旦被求证，必将掀开人类科学史又一伟大篇章。

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