引力是如何产生的？——从万有引力理论到广义相对论

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　　万有引力

　　在几个世纪以前，牛顿首先发现了万有引力，他认为引力是普遍存在的，在天上所有的天体之间都存在，并且也正是引力维系了天体的运行，牛顿甚至给出了万有引力的计算公式，然而他却没有给出引力是如何产生这个根本性的问题的答案。

　　成功的牛顿万有引力理论

　　但是没能解释引力的根源并不妨碍牛顿引力理论的巨大成功。最早是牛顿的好朋友物理学家哈雷运用牛顿理论计算出了哈雷彗星的公转周期，并成功预言了哈雷彗星回归的时间；

　　最后是奥本·勒维耶和约翰·柯西·亚当斯运用牛顿理论分别独立计算出了太阳系第八大行星——海王星的轨道和位置，1846年9月23日，天文学家约翰·格弗里恩·加勒通过计算出来的位置顺利找到了海王星！实际观测到的位置与勒维耶的计算结果只有不到1°的误差。因此海王星被誉为“笔尖下的行星”它是唯一一颗完全用纸笔算出来的太阳系行星。

　　牛顿万有引力理论的失败

　　虽然牛顿理论拥有如此显赫的战绩和成功，但很快人们发现一个问题。勒维耶计算发现水星近日点进动的观察者与牛顿理论的计算值存在差异，据他计算，排除岁差、已知行星引力摄动等已知因素后，理论计算与实际观测依然存在每一百年约38"的误差（后来这个误差值被修正为每一百年进动43.11"），勒维耶以此认为水星轨道内可能还存在一颗未知行星。但天文学家一直无法观测到这颗行星，最终排除了这个可能，而牛顿理论出现无法解释的误差则成为了“事实”，真是成也勒维耶，败也勒维耶。

　　新理论诞生

　　直到上世纪初，脑回路清奇的爱因斯坦对统治物理界数百年的牛顿万有引力理论发起了挑战，他通过严密推理指出，引力可能根本不存在，它只是时空弯曲的一种表现！凭借等效原理和广义相对性原理，爱因斯坦于1916年提出了全新的引力理论——广义相对论。

　　在给出广义相对论的引力场方程以后，爱因斯坦第一时间通过弱场近似方法求解引力场方程，并给出了广义相对论下计算的水星近日点进动与牛顿理论的误差值为43.03，与实际观测值非常接近。虽然爱因斯坦只是用近似的方法求解，但已经足够证明广义相对论比牛顿理论更为精确，而到目前为止，科学家还没找到比爱因斯坦的广义相对论更为精确的引力理论，因此我们可以暂且以广义相对论作为正确理论来解释引力来源问题。

　　引力的本质——时空弯曲

　　美国物理学家惠勒曾以一句话描述这个伟大的引力理论：时空告诉物质如何运动;物质告诉时空如何弯曲。

　　这句话指出，在广义相对论里，所谓的引力就是时空的弯曲形变产生的效果，弯曲的时空改变了物质的运动状态，正如引力改变物质运动状态一般；而另一方面，时空的弯曲是由物质（能量动量）的分布造成的。

　　 在弯曲时空中运动的天体

　　未解的谜题

　　虽然广义相对论成功解释了引力的本源，然而它对一个根本性的问题却没有任何解释，就是物质是如何导致时空弯曲的？这问题也许要留到新的统一理论来加以解释，也许永远都得不到解释……有一个类人择原理的解释就是：因为它就是这样。

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