亞里士多德

而且，很多東西都是往下掉的趨勢(shì)，比如：人跳起來后不會(huì)飄起，而是落回到地上。

這種現(xiàn)象對(duì)于古希臘哲學(xué)家，尤其是自然哲學(xué)家來說就很鬧心。所以，他們得給出一個(gè)合理的解釋，那具體咋解釋的呢？

亞里士多德總結(jié)了前人的成就之后，提出了這樣的觀點(diǎn)。

萬物是由水火土（地）氣構(gòu)成的。水和土（地）都落向地面的趨勢(shì)，而火和氣有向上升的趨勢(shì)。

除了這樣的觀點(diǎn)之外，亞里士多德還說：

重的物體落到地面上的速度越快。

現(xiàn)代科學(xué)的起源

實(shí)際上，亞里士多德的研究雖然被我們后世的很多人看成了笑話，但是還是很有意義的，最起碼人家做了個(gè)實(shí)驗(yàn)，也算是最早的關(guān)于“引力”的理論。除此之外，他還指了一條明路，那就是從物質(zhì)的本源去出發(fā)，后來的“引力子”理論不得不說有點(diǎn)沿襲了亞里士多德“水火土氣”的思路。

而到了現(xiàn)代科學(xué)，首先對(duì)亞里士多德理論下手的人是伽利略。傳說他在比薩斜塔做了個(gè)自由落體實(shí)驗(yàn)，實(shí)力打臉亞里士多德。

不過，這個(gè)傳說而已，實(shí)際上，伽利略做到是斜面實(shí)驗(yàn)。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)告訴我們一個(gè)道理，物體的慣性質(zhì)量竟然等于引力質(zhì)量。這后來也預(yù)示著引力其實(shí)和空間有關(guān)。

緊接著，牛頓沿著伽利略、開普勒等人的成就，提出了牛頓力學(xué)和萬有引力定律。牛頓的厲害之處在于，他把天上和地下的物理學(xué)進(jìn)行了統(tǒng)一，在他之前，包括哥白尼在內(nèi)的許多大神都認(rèn)為天上是一套規(guī)則，地上是一套規(guī)則。牛頓還給出關(guān)于引力的萬有引力公式：

傳說（寫在了自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理當(dāng)中），牛頓想到萬有引力公式來自于一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，他當(dāng)時(shí)就在尋思，如果有個(gè)大炮，炮彈放置在空中，就會(huì)自由落體，這是因?yàn)榈厍虻囊Α?/p>

打出一個(gè)炮彈，理論上是平拋運(yùn)動(dòng)，

但是我們要知道的是地球是球形的，這說明地球的表面是彎曲的，只是地球特別大，所以我們才沒感覺到。但如果炮彈的速度足夠快，炮彈下降的幅度等于地面下降的弧度，那豈不是炮彈可以一直沿著地球轉(zhuǎn)了么？

而天體的運(yùn)動(dòng)不正是符合了類似的規(guī)律？所以，實(shí)際上天體的運(yùn)動(dòng)和地球表面的運(yùn)動(dòng)是一回事。

除此之外，如果我們仔細(xì)看牛頓的萬有引力公式，其實(shí)這個(gè)公式已經(jīng)描述出來引力和空間的關(guān)系，那就是1/r^2，也就是引力和兩個(gè)物體之間的距離的平方成反比。

所以，牛頓也得給出他對(duì)于時(shí)空的關(guān)系。我們都知道萬有引力公式并沒有時(shí)間量，只有空間量。因此，牛頓認(rèn)為萬有引力和時(shí)間沒有關(guān)系，它是超距作用，瞬間完成。

而空間也和時(shí)間沒有關(guān)系，兩者是分立的。而且，他進(jìn)一步給出自己的看法，他認(rèn)為時(shí)間和空間是剛性的，對(duì)于任何人來說，一米就是一米，大家都一樣，一秒就是一秒，大家都一樣，無論是不是在運(yùn)動(dòng)，空間和時(shí)間都不會(huì)變化。這也被稱為牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀。

所以，到了牛頓時(shí)代，人類描述清楚了萬物之間都存在引力，引力這會(huì)使得兩個(gè)物體之間相互吸引。但是，如果你問牛頓，引力的本質(zhì)是什么，他其實(shí)是答不上來的。

相對(duì)論

后來，愛因斯坦提出了狹義相對(duì)論，先是實(shí)力打臉牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀。在狹義相對(duì)論中，愛因斯坦統(tǒng)一了空間和時(shí)間。他認(rèn)為，

時(shí)間的間隔也就是（鐘的運(yùn)動(dòng)）和空間的長(zhǎng)度（尺子的長(zhǎng)短）都會(huì)因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)而發(fā)生改變。

這也被叫做鐘慢效應(yīng)和尺縮效應(yīng)。后來，科學(xué)家通過μ子實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

因此，時(shí)間和空間在狹義相對(duì)論中稱為了一個(gè)物理量，叫做時(shí)空，并且和三維空間結(jié)合到一起，并稱為四維時(shí)空。

但是狹義相對(duì)論也有它的問題，因?yàn)?strong>引力定律并不滿足任何參照系下都具有相同的形式。而狹義相對(duì)論是在慣性系下建立起來的。因此，愛因斯坦做出了進(jìn)一步的推廣，提出了廣義相對(duì)論，他認(rèn)為

慣性力是適用于平直的四維時(shí)空。而引力的時(shí)空則是彎曲的四維時(shí)空。

換句話說，愛因斯坦對(duì)于引力的解釋和牛頓有本質(zhì)上的不同，這個(gè)不同就是時(shí)空觀念上的不同。用惠勒的一句話來概括愛因斯坦的觀念就是：

物質(zhì)告訴時(shí)空怎么彎曲。時(shí)空告訴物質(zhì)怎么運(yùn)動(dòng)。

地球之所以繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，正是由于太陽(yáng)彎曲了周圍的時(shí)空，地球沿著測(cè)地線在運(yùn)動(dòng)。而這里的測(cè)地線就是彎曲空間中的“直線”，兩點(diǎn)之間最短的路徑。

而要描述四維時(shí)空，我們就需要用到黎曼幾何。

想要知道時(shí)空彎曲的程度，是需要用到愛因斯坦的引力場(chǎng)方程來確定的。

因此，這個(gè)時(shí)候的時(shí)空不再是單純的物質(zhì)的“運(yùn)動(dòng)場(chǎng)”，同時(shí)彎曲的時(shí)空我們可以認(rèn)為是引力場(chǎng)。

還拿太陽(yáng)系來說，太陽(yáng)其實(shí)就是引力場(chǎng)的源頭，它的質(zhì)量產(chǎn)生了引力場(chǎng)。

愛因斯坦的廣義相對(duì)論，如今也是關(guān)于“引力”的主流理論，并且在后來被大量的觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證。其中愛丁頓在1919年通過觀測(cè)日全食時(shí)，太陽(yáng)附近的光線彎曲最為轟動(dòng)，讓愛因斯坦一戰(zhàn)封神。

而水星的近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)一直是牛頓的引力理論一直解決不好的問題，愛因斯坦廣義相對(duì)論則可以解決這個(gè)問題。

更不要說，后來科學(xué)家利用廣義相對(duì)論預(yù)言了黑洞和引力波的存在，這些都是理論先于觀測(cè)，堪比當(dāng)年科學(xué)家利用萬有引力預(yù)測(cè)“海王星”的存在。

當(dāng)然，除了廣義相對(duì)論，其實(shí)還有其他的引力理論，比如：“引力子”理論。但是這些理論在觀測(cè)和預(yù)測(cè)上，和實(shí)際情況相去甚遠(yuǎn)，遠(yuǎn)不如廣義相對(duì)論描述得準(zhǔn)確。

不過，廣義相對(duì)論并非是完美無缺的，它也有自身巨大的問題，隨著科學(xué)家的深入研究，他們發(fā)現(xiàn)，在某些特定情況下，廣義相對(duì)論會(huì)使得時(shí)空出現(xiàn)奇點(diǎn)，在這個(gè)奇點(diǎn)處，引力場(chǎng)會(huì)失去意義。想要解決這個(gè)辦法就得將廣義相對(duì)論和量子場(chǎng)論進(jìn)行結(jié)合，科學(xué)家也一直在致力于此。他們認(rèn)為，這兩個(gè)理論的結(jié)合會(huì)是最終極的理論，也被稱為萬有理論。這也可能是引力理論的未來發(fā)展發(fā)現(xiàn)。

正如開頭所說的，每個(gè)時(shí)代都有一個(gè)主流的引力理論，如今我們的主流引力理論是廣義相對(duì)論，而未來呢？是萬有理論，還是超弦理論？我們目前還不得而知。但不斷發(fā)展是科學(xué)的特質(zhì)。關(guān)于，“引力”我們就聊到這里。