你是否听过《万有引力》这首歌？汪苏泷在这首歌中唱道“牛顿说过有种东西叫万有引力，我因为你开始相信，那些大道理……”在这首歌里，万有引力是一种情感的引力，但在现实生活中，它却无所不在。

万有引力知多少

提起万有引力，人们总会想起牛顿和苹果树的故事。万有引力全称万有引力定律，为物体间相互作用的一条定律，它的提出是人类科学史上一个很大的进步，它既解释了之前无法解释的很多物理现象，又打开了很多未知领域的大门。

1687年，牛顿在他出版的《自然哲学的数学原理》一书中首先提出了万有引力定律——任何物体之间都有相互吸引力，这个力的大小与各个物体的质量成正比，而与它们之间距离的平方成反比。如果用m₁、m₂表示两个物体的质量，r表示它们间的距离，则物体间相互吸引力为，即万有引力等于引力常量（G）乘以两物体质量的乘积除以它们距离的平方。引力常量值约为：

是英国物理学家、化学家亨利·卡文迪许通过扭秤实验测得的。

牛顿及其著作 《自然哲学的数学原理》副本

(图片来源/维基百科）

万有引力的发现是17世纪取得的自然科学伟大的成果之一，它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一了起来，对以后物理学和天文学的发展产生了深远影响。

万有引力使行星按照自身的轨道围绕太阳运转牛顿利用万有引力定律不仅说明了行星运动规律，而且还指出木星、土星的卫星围绕行星也有同样的运动规律。他认为，月球除了受到地球的引力外，还受到太阳的引力，从而解释了月球运动中早已发现的二均差、出差等；另外，他还解释了彗星的运动轨道和地球上的潮汐现象。后来，科学家们更是根据万有引力定律成功地预言并发现了海王星。

物体之间为何会有引力

虽然牛顿的万有引力定律很好地解释了地面上物体所受的重力、海洋的潮汐和行星与天体的运动，把天上的运动和地上的运动统一了起来，但让牛顿感到遗憾的是，他一直没能解释清楚两个有质量的物体之间为什么会产生引力。这个问题被爱因斯坦的广义相对论很好地解决了。

万有引力定律把天体运动和地面上物体运动统一起来广义相对论认为，一个有质量的物体，会使它周围的时空发生弯曲，在这个弯曲的时空里，一切物体都将自然地沿测地线（也叫作“短程线”）运动，并表现为向一块靠拢。我们看不到时空的弯曲，只看到物体在互相靠拢，就认为它们之间存在着一种万有引力，实际上物体之间表现出来的这种万有引力，并不是一种真正的力，而是时空弯曲的表现。

时空弯曲示意图四维时空的弯曲我们不好想象，但是可以降一维（在二维平面上）做个比喻。设想有一块布，把它悬空展平，上面放一个小球，它就会把布压弯，在另一个地方再放一个小球，它也会把它周围的布压弯。我们看到，这两个小球还会自然地向一块靠拢，这是它们在沿各自的测地线运动的结果。我们看不到布的弯曲，只看到小球在向一起靠拢，它们之间有个引力存在，其实它只是时空弯曲的表现而已。这种解释在水星近日点的进动、光线在引力场中的弯曲、引力红移等问题上得到了很好的检验，其后又在大量更精密的实验中得到了进一步的检验，与实验符合得很好。因此，广义相对论被认为是一种最好的万有引力理论。

引力的本质：时空弯曲

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，他认为，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弯曲。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。

日全食时，人们可以直接观测到太阳背后的恒星；英国天文学家亚瑟•爱丁顿拍摄到的 1919年

5月29日日全食（右上）（图片来源 / 维基百科）

通常情况下，太阳背后的恒星发出的亮光会被太阳遮挡，但日全食时，在昏暗的条件下，太阳背后恒星发出的光线却可以通过太阳引力偏折后传递到地球上，人类这时便能直接观测到太阳背后的恒星。如下页图所示，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，人们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，则与实际数据相差一半以上，误差较大。也因此，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——它只是有一定的适用范围，只能适用于弱引力场，在强引力场中会失效。此后，科学家们又从日全食中得到更多星光偏移的数据，进一步表明了爱因斯坦理论的正确性——时空弯曲才是引力的本质。

本文来自《知识就是力量》杂志，原标题《“魔力”无边的万有引力》，作者徐海、楚婉苓 、杨敏、公明，有删改，原创作品转载请注明来源。