萬有引力定律　　

   萬有引力定律：自然界中任何兩個物體都是相互吸引的，引力的大小跟這兩個物體的質量乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比。

概述　　

   萬有引力定律是牛頓在1687年出版的《自然哲學的數學原理》一書中首先提出的。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。根據萬有引力定律成功地預言并發現了海王星。萬有引力定律出現后，才正式把研究天體的運動建立在力學理論的基礎上，從而創立了天體力學。簡單的說，質量越大的東西產生的引力越大,這個力與兩個物體的質量均成正比，與兩個物體間的距離平方成反比。地球的質量產生的引力足夠把地球上的東西全部抓牢。

詳細內容　　

   兩個可看作質點的物體之間的萬有引力，可以用以下公式計算：F=G·m1·m2/r^2,即 萬有引力等于引力常量乘以兩物體質量的乘積除以它們距離的平方。其中G代表引力常量，其值約為6.67×10^(-11 )單位 N·㎡ /kg^2。為英國物理學家、化學家亨利·卡文迪許通過扭秤實驗測得。

   兩個通常物體之間的萬有引力極其微小，我們察覺不到它，可以不予考慮。比如，兩個質量都是60千克的人，相距0.5米，他們之間的萬有引力還不足百萬分之一牛頓，而一只螞蟻拖動細草梗的力竟是這個引力的1000倍！但是，天體系統中，由于天體的質量很大，萬有引力就起著決定性的作用。在天體中質量還算很小的地球，對其他的物體的萬有引力已經具有巨大的影響，它把人類、大氣和所有地面物體束縛在地球上，它使月球和人造地球衛星繞地球旋轉而不離去。

　　重力，就是由于地面附近的物體受到地球的萬有引力而產生的。但是需要注意的是，因為地球在自轉，除了在南極北極端點，在地球上任意一點的物體，其重力并不等于萬有引力。此時可看作繞地球的向心力和重力合成萬有引力。由于繞地球自轉的向心力遠小于重力，故一般就認為重力就略等于萬有引力了，其實重力是略小于萬有引力的，只有在南北極物體繞地球自轉的向心力為零時，重力才等于萬有引力。

　　重力和萬有引力的方向不同，重力是豎直向下，萬有引力是指向地心，豎直向下和指向地心是不同的，不能混淆。

　　任意兩個物體或兩個粒子間的與其質量乘積相關的吸引力。自然界中最普遍的力。簡稱引力。在粒子物理學中則稱引力相互作用和強力、弱力、電磁力合稱4種基本相互作用。引力是其中最弱的一種，兩個質子間的萬有引力只有它們間的電磁力的1/1035 ，質子受地球的引力也只有它在一個不強的電場1000伏/米的電磁力的1/1010。因此研究粒子間的作用或粒子 在電子顯微鏡和加速器中運動時，都不考慮萬有引力的作用 。一般物體之間的引力也是很小的，例如兩個直徑為 1米的鐵球，緊靠在一起時，引力也只有1.14×10^(-3)牛頓，相當于0.03克的一小滴水的重量。但地球的質量很大，這兩個鐵球分別受到4×104牛頓的地球引力 。所以研究物體在地球引力場中的運動時，通常都不考慮周圍其他物體的引力。天體如太陽和地球的質量都很大，乘積就更大，巨大的引力就能使龐然大物繞太陽轉動。引力就成了支配天體運動的唯一的一種力。恒星的形成，在高溫狀態下不彌散反而逐漸收縮，最后坍縮為白矮星、中子星和黑洞 ， 也都是由于引力的作用，因此引力也是促使天體演化的重要因素。

簡單涵義:　

    牛頓并不是發現了重力，他是發現重力是「萬有」的。每個物體都會吸引其他物體，而這股引力的大小只跟物體的質量與物體間的距離有關。牛頓的萬有引力定律說明，每一個物體都吸引著其他每一個物體，而兩個物體間的引力大小，正比于這它們的質量，會隨著兩物體中心連線距離的平方而遞減。牛頓為了證明只有球形體可把「球的總質量集中到球的質心點」來代表整個球的萬有引力作用的總效果而發展了微積分。然而不管距離地球多遠，地球的重力永遠不會變成零，即使你被帶到宇宙的邊緣，地球的重力還是會作用到你身上，雖然地球重力的作用可能會被你附近質量巨大的物體所掩蓋，但它還是存在。不管是多小還是多遠，每一個物體都會受到引力作用，而且遍布整個太空，正如我們所說的「萬有」。

量子力學的解釋　　

    我們知道，由光子是物質的基本粒子來看，物質的構成本身沒有意義，如果物質不能夠與環境中的其它光子信息相互作用，它就不能將自己的能量、存在形式、表達給自然界，自己就是以純暗物質的形式存在，盡管自己的壽命表現為無限長久，但是對環境、對自己沒有意義，只有它不斷與環境的其它光子信息相互作用光子能量，才能將自己的能量、質量表現出來，自己的光子信息才能變化，自己才能由生長到死亡，才能有自己存在的意義；這就是說任何物質，只要它存在，它就會不斷地與環境中的其它光子信息相互作用，這樣，物質的存在，各種作用力的存在，事實上，是通過自己周圍的光子信息場完成的。

　　存在物質 A ，是物質 A 不斷與環境作用光子信息能量，而表現自己的質量，當物質 B 存在的時候，由于 B 也要不斷與環境的光子信息相互作用，這 B 就不同程度地影響了 A 周圍的光子信息內容，從宏觀的角度來看，是 B 擋住了來自 A 周圍的光子信息，改變了 A 周圍的光子信息場，從大的方面來看，是來自于左方的光子信息能量要多一些，來自于 A 的右方光子信息能量要少一些，宏觀表現為 B 對 A 有一個作用力，這個作用力，是所有物質共有的，稱為萬有引力。

　　也可以說成是，由于 B 的存在，導致了 A周圍的光子信息力場的形狀發生了變化，這個力場的形狀發生了變化，本來沒有 B 的時候，物體 A 是一種平衡狀態，有了 B 以后，光子信息的力場發生了變化，物體 A 的作用力，由于平衡變成了不平衡，人們自然會說，這是物體 B 存在的結果，是物體B 對A的作用力。

　　四種基本相互作用力的完全統一理論的解釋：

　　萬有引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力這四種作用力是統一的，它們都是由一種基本粒子的振動波來傳遞的，只是波的形式不同。任一質點（物質）都使與其碰撞的這種基本粒子徑向振動的動量減少（波長拉長）并向外傳遞形成（萬有）引力場；電子（電荷）使與其碰撞的這種基本粒子徑向振動的橫向上增加動量并向外傳遞形成靜電場；運動的電荷（電流）使與其碰撞的這種基本粒子在原徑向振動狀態上增加了兩個垂直其徑向方向的動量并向外傳遞形成電磁場；強相互作用力、弱相互作用力是這種基本粒子徑向振動對粒子產生的壓力與電磁力、引力的共同作用。

　　任意兩質點（由基本粒子構成的物質）在各方向上都受到力基子的碰撞，碰撞的頻率非常高，因質點的質量遠遠大于力基子的質量，其中有一些力基子在非常短的時間內會被擠帖在質點上（可以又被擠掉重新受到力基子的碰撞獲得動量），于是質點周圍的力基子波的波長被拉長，碰撞頻率降低，壓力降低。在質點外側兩質點距離以外的地方，力基子波的頻率大于內側頻率，所以內側壓力小于外側壓力，表現兩質點相互吸引，即萬有引力。

　　引力的大小與兩質點的質量之積成正比與其之間距離的平方成反比（力基子波在兩質點之間連線上碰撞傳遞時，每一次傳遞都受到系統能量的恢復使波長逐漸增加，可通過積分計算出與其之間距離的平方成反比）

　　力基子之間不吸引，原因為它是最小的、質量相等的基本粒子，只能通過相互碰撞運動傳遞能量（力），不吸收能量，除非把它壓成一個更大的結構粒子。

　　質量大的物體“吸收”力基子波的能量大，它周圍的壓力比質量小的物體周圍壓力更低，所以一大一小

　　兩物體在引力的作用下，小質量物體比大質量物體相向運動速度快，符合公式F=ma

萬有引力傳播的媒介子——“引力子”　　

    1913年，偉大的物理學家愛因斯坦提出了萬有引力場論。愛因斯坦認為任何帶有質量的物體周圍都存在有引力場，引力場是通過引力波來傳播的，引力波像電磁波那樣通過媒介子傳播，我們都知道電磁波是通過光子來傳播能量的，因此它的媒介子是光子，引力波在傳播能量的過程中，同樣有媒介子的作用，愛因斯坦把這一媒介子稱之為引力子。引力子以光速傳播，它的質量與光子一樣為0。

　　經過這么多年的探索，人們一直沒能在宇宙中發現它的蹤影，現在我們沒有足夠的證據證明它的存在，也沒有足夠的證據否認它的存在。因此，探索引力子是否存在成為科學界的一大難題。

　　雖然引力子在宇宙中無處不在，但探索之路仍然是舉步維艱。有學者認為，引力之微弱表明，其媒介子引力子幾乎不與其它的物質發生反應，這是我們長期探測不到它的原由，這個理由雖然很有說服力，但也不足以證明引力子是存在的事實。

　　試圖找到一種更有說服力的方法，就是證明引力波的存在，從而間接的證明引力子的存在。如果可以證明宇宙中有引力波存在，那么引力波必定有與之對應的媒介子引力子來傳遞能量。

　　引力波在宇宙中是普遍存在的，星體的加速旋轉，相撞，吞并等都可以使引力場發生擾動并產生引力波，但由于引力波與引力子一樣很難與其它物質發生反應，以至于至今我們無法探測它的存在，只能間接地通過觀測行星發生引力輻射，而導致周期的變化證實它的存在。

　　引力輻射是引力波的另一種稱呼，它是指引力波從星體或星系中輻射出來的現象，如果證明了引力輻射的存在就等于證實了引力波的存在。

　　為什么這樣說呢？

　　引力輻射是一種能量的輻射。假如一個行星圍繞恒星運動，恒星的旋轉會伴隨有引力輻射的發生，使得行星的運轉軌道發生變化，其主要變化特征表現在行星運動周期的減小，如果行星的運動周期減小，那么就能說明引力輻射的發生。

　　這一現象在1974年，被赫爾斯和泰勒二人所證實。他們對脈沖雙星PSR1913+16進行觀測，發現它們的公轉周期變小率為（-2.40+-0.09）*10^-12，這個數值與廣義相對論的計算符合的很好，廣義相對論的預言值為（-2.403+-0.002）*10^-12，這一點充分證明了引力輻射的存在。

　　引力輻射的存在，意味著引力波在宇宙中是存在的，并且無所不在。同時也證明了引力波的媒介子引力子的存在。

　　通過這些論斷，可以證明引力子在宇宙中是必定存在的，只不過我們無法探測到。引力子的無法探測性，其實并不影響我們尋求量子引力理論，因為量子引力理論建立的基礎是場，而不是粒子。

相對論的解釋:

　　其實引力是不存在的。或者說引力只是這種現象的一種解釋而已。它不同于其他力。

　　“引力”其實是時空扭曲的表現，舉一個二維的例子：一張繃直的橡皮筋網

　　1.放上兩個質量不一，體積相同的球，網扭曲了

　　2.在1的基礎上，讓一個球在橡皮筋網上作勻速直線運動，直線與（同一個）球的位置距離越近，軌跡彎曲越大

　　3.在2的基礎上，讓一個球在橡皮筋網上作勻速直線運動接近兩個質量不等的球，直線與兩個球的距離相同，經過質量大的球，軌跡彎區大

　　2跟3說明的現象與引力相似，而且也有質量越大、距離越小，引力越大

　　物體由于慣性沿直線運動，但在扭曲的空間運動，表現出來就是受到引力影響

　　事實上，引力扭曲的是四維時空。

　　還有一個例子：光經過大質量天體時會扭曲，但引力不能作用于光，所以解釋就是光沿直線傳播，在扭曲的時空中運動，就會扭曲。但光還是沿直線傳播

　　事實上，萬有引力從牛頓力學角度來說是力，從相對論來說是時空彎曲的表現。