「讓掃把立起來的基本物理學,在每一天都有效,並不只在2月10日。」針對日前在社交媒體瘋狂上演的NASA「立掃把挑戰」,美國宇航局(NASA)在當地時間11日做出官方回應。
此前流傳於社交媒體平臺的熱帖——「美國宇航局說由於地球受太陽引力的關係,2月10日是對物體的引力最小,一年中唯一可以讓掃把站起來的日子」,被證明並不屬實。然而,這場社交媒體上的集體實驗,也讓人們禁不住想去追問:到底什麼是引力?日常生活中究竟哪些現象真正體現了萬有引力?
引力,是由兩個有質量的物體相互吸引而產生的相互作用。它令人類留在地球表面,令地球保持著穩定的軌跡環繞太陽公轉。在大約45億年前,引力促成了太陽的形成。試想一下,宇宙中各種有質量的物質都在相互吸引,也就是說,你的寵物狗、地球、甚至距離地球250萬光年的仙女座黑洞,都被你的引力所吸引,這是多麼奇妙的一件事。
引力在我們的生活中無處不在。放在地上的東西不會隨便飄起來,高處的東西失去支撐會掉下來,拋到高空的東西不出意外會落回地面,蘋果會砸到樹下的牛頓,長發會垂下來及腰,所有這些都是受到了萬有引力的作用。人們在悼念偉大籃球運動員科比時,也會聯想到引力:「一生都在與地心引力對抗的小飛俠,最終被地心引力收走了。」我們常說「水往低處流」,其原因也是水受到引力影響由高處向地處流。居住海邊的人,每天都有機會看到海水的漲落,因白天為朝、夜晚為夕,按照人們對晝夜的稱謂,在白天出現的海水上漲叫做「潮」,在晚上出現的海水上漲稱作「汐」,海水的這種周期性漲落被稱作「潮汐」。這也是因為月球、太陽等天體的引力形成的。利用潮汐現象中的巨大能量,現在人們已經在很多地方建立了潮汐發電站,這也成為利用引力來為人類造福的很好例子。
人類對引力的第一次系統認知,始於牛頓時期的萬有引力定律。早在17世紀,牛頓問了一個所有人都想當然的問題:為什麼蘋果會掉到地上,而不是飛到天上?後來他發現了萬有引力定律。根據他的發現,兩個物體間的距離每上升多一倍,引力的強度就會減弱四倍(距離愈遠,引力愈弱)。而且,物體的質量和引力的強度呈正比,物體的質量越大,引力的強度也越大。這解釋了為什麼我們能感受到地球對我們的吸引力,卻很難感受到月球的吸引力。牛頓指出,不僅地球上具有萬有引力,通過運行規律可以發現,木星、土星也同樣圍繞著恆星做相同的運動。通過萬有引力定律,人類成功地預言並發現了海王星。
牛頓發現了萬有引力,但他並不知道引力是如何產生的。1915年,愛因斯坦發明廣義相對論,將引力描述為質量扭曲時空的幾何現象。他指出,物體會使周圍的時空發生彎曲,物體質量越大造成的時空曲率就越大。即使是光,經過大質量天體時,傳播路線也會發生彎曲。也就是說時空曲率將產生引力。按照這個思路,愛因斯坦還提出了引力場方程。後來的黑洞以及引力波都是廣義相對論中所得。在廣義相對論近乎完美解釋引力的同時,量子力學也在研究其他三種基本作用力,並且在上個世紀下半葉構建了以楊-米爾斯理論為基礎的粒子物理學標準模型。該模型將強力、弱力、電磁力歸納到了一起,從而統一了四大基本力中的三種,但引力卻始終無法與其他三種基本作用力歸納到一個理論中。根據量子力學的解釋,引力是由粒子的交換所產生的。在基本粒子模型裡一直有一個叫引力子的東西存在,然而直到今天科學家們也沒有找到引力子。因此關於引力本質的認識和探索,還有很長的路要走。
引力讓人類腳踏實地,也激發人類仰望星空。(中央紀委國家監委網站 韓亞棟)