你是否聽過《萬有引力》這首歌？汪蘇瀧在這首歌中唱道“牛頓說過有種東西叫萬有引力，我因為你開始相信，那些大道理……”在這首歌裡，萬有引力是一種情感的引力，但在現實生活中，它卻無所不在。

萬有引力知多少

提起萬有引力，人們總會想起牛頓和蘋果樹的故事。萬有引力全稱萬有引力定律，為物體間相互作用的一條定律，它的提出是人類科學史上一個很大的進步，它既解釋了之前無法解釋的很多物理現象，又打開了很多未知領域的大門。

1687年，牛頓在他出版的《自然哲學的數學原理》一書中首先提出了萬有引力定律——任何物體之間都有相互吸引力，這個力的大小與各個物體的質量成正比，而與它們之間距離的平方成反比。

如果用m₁、m₂表示兩個物體的質量，r表示它們間的距離，則物體間相互吸引力為，即萬有引力等於引力常量（G）乘以兩物體質量的乘積除以它們距離的平方。引力常量值約為：

是英國物理學家、化學家亨利·卡文迪許透過扭秤實驗測得的。

牛頓及其著作 《自然哲學的數學原理》副本

（圖片來源/維基百科）

萬有引力的發現是17世紀取得的自然科學偉大的成果之一，它把地面上物體運動的規律和天體運動的規律統一了起來，對以後物理學和天文學的發展產生了深遠影響。

萬有引力使行星按照自身的軌道圍繞太陽運轉

牛頓利用萬有引力定律不僅說明了行星運動規律，而且還指出木星、土星的衛星圍繞行星也有同樣的運動規律。他認為，月球除了受到地球的引力外，還受到太陽的引力，從而解釋了月球運動中早已發現的二均差、出差等；另外，他還解釋了彗星的運動軌道和地球上的潮汐現象。後來，科學家們更是根據萬有引力定律成功地預言並發現了海王星。‍

物體之間為何會有引力

雖然牛頓的萬有引力定律很好地解釋了地面上物體所受的重力、海洋的潮汐和行星與天體的運動，把天上的運動和地上的運動統一了起來，但讓牛頓感到遺憾的是，他一直沒能解釋清楚兩個有質量的物體之間為什麼會產生引力。這個問題被愛因斯坦的廣義相對論很好地解決了。

萬有引力定律把天體運動和地面上物體運動統一起來

廣義相對論認為，一個有質量的物體，會使它周圍的時空發生彎曲，在這個彎曲的時空裡，一切物體都將自然地沿測地線（也叫作“短程線”）運動，並表現為向一塊靠攏。我們看不到時空的彎曲，只看到物體在互相靠攏，就認為它們之間存在著一種萬有引力，實際上物體之間表現出來的這種萬有引力，並不是一種真正的力，而是時空彎曲的表現。

時空彎曲示意圖

四維時空的彎曲我們不好想象，但是可以降一維（在二維平面上）做個比喻。設想有一塊布，把它懸空展平，上面放一個小球，它就會把布壓彎，在另一個地方再放一個小球，它也會把它周圍的布壓彎。我們看到，這兩個小球還會自然地向一塊靠攏，這是它們在沿各自的測地線運動的結果。我們看不到布的彎曲，只看到小球在向一起靠攏，它們之間有個引力存在，其實它只是時空彎曲的表現而已。

這種解釋在水星近日點的進動、光線在引力場中的彎曲、引力紅移等問題上得到了很好的檢驗，其後又在大量更精密的實驗中得到了進一步的檢驗，與實驗符合得很好。

因此，廣義相對論被認為是一種最好的萬有引力理論。‍

引力的本質：時空彎曲

1915年，愛因斯坦在他的廣義相對論中對萬有引力本質做出瞭解釋，他認為，萬有引力並不真實存在，引力只是一種假象，它的本質是質量會對周圍時空造成彎曲。為了驗證愛因斯坦的猜想，1919年5月底，科學家利用日全食進行了著名的

星光偏轉實驗

。

日全食時，人們可以直接觀測到太陽背後的恆星；

英國天文學家亞瑟•愛丁頓拍攝到的 1919年

5月29日日全食（右上）（圖片來源 / 維基百科）

通常情況下，太陽背後的恆星發出的亮光會被太陽遮擋，但日全食時，在昏暗的條件下，太陽背後恆星發出的光線卻可以透過太陽引力偏折後傳遞到地球上，人類這時便能直接觀測到太陽背後的恆星。如下頁圖所示，實線是光線傳播軌跡，虛線是地球上人類觀察到恆星位置的虛像。利用愛因斯坦的引力場公式，人們計算出的資料和實際觀測到的結果完全一致，而利用牛頓萬有引力定律計算出的偏折角和位置，則與實際資料相差一半以上，誤差較大。

也因此，科學家認為愛因斯坦對引力本質的解釋更科學

。

但這並不代表牛頓的萬有引力定律是錯的——它只是有一定的適用範圍，只能適用於弱引力場，在強引力場中會失效。

此後，科學家們又從日全食中得到更多星光偏移的資料，進一步表明了愛因斯坦理論的正確性——

時空彎曲才是引力的本質。