萬有引力是怎樣產生的?

內容來源：（科普中國）

提起萬有引力，人們總會想起牛頓和蘋果樹的故事。萬有引力定律的提出是人類科學史上一個很大的進步，它既解釋了原來無法解釋的很多物理現象，又打開了更多未知領域的大門。萬有引力究竟是怎樣產生的呢？

在牛頓的萬有引力公式中，有一個萬有引力常數G。雖然按照公式來說，計算出常數G似乎是一件非常容易的事情，只要將物體基礎的測量數據代入到公式中即可。但實際上，地球上一般物體的質量太小了，所以它們之間的引力非常小，不易測量。而宇宙中的天體又太過遙遠和龐大，很難測量出它們的質量。在《自然哲學的數學原理》一書中，牛頓設想了一種可能的計算方式：將擺設置在一座山的附近，由於山會對擺施加引力，所以當擺運動時，其靠近山的一側會有微小的偏角，而這個偏角是可以測量的。再由此推算地球的平均密度和質量，最終計算出引力常數。但當時的牛頓認為山對擺的影響是小到無法測量的，最終沒有進行實驗。只是推測出地球的平均密度可能是水密度的五到六倍，他根據這個數據間接計算出了引力常數，但是與現代的測量數據相比較，還是有較大差距的。牛頓去世後，後繼者們仍未放棄對引力常數的追尋。直到1798年，卡文迪許終於利用扭秤實驗測得引力常數G的數值，這個結果與現代儀器測量的結果相比只有不到1%的誤差。以當時的實驗條件來看，是相當了不起的成就。

那萬有引力到底是什麼呢？

從量子力學的理論解釋：光子是組成物質的最基本粒子，在信息場相互作用下，光子必須不斷改變自己的狀態達到與其他光子的平衡。而萬有引力其實就是物質存在的一種信息場。從磁場理論解釋：世界上所有物質都是原子組成，原子正負電荷互相吸引時，物質之間形成的磁場力就是萬有引力。而用相對論解釋：萬有引力其實是不存在的，它不過是時空扭曲現象的必然結果而已。

在廣義相對論中，時間和空間不再是相對獨立的存在。考量物體運動的場景，不再是三維空間，而是時間與空間相互聯繫的四維空間——時空。四維時空則可能不是平直的——它可能是以球面為代表的正曲率空間，也可能是以馬鞍面為代表的負曲率空間，只有在曲率為零時它簡化為平直空間。而時空的曲率，由其中的物質決定。

由此，從愛因斯坦場方程中，可以求解出不受外力的自由質點在彎曲空間的軌跡，它是四維時空中的一條螺旋狀曲線。如果把它投影到三維空間中，恰好是行星在太陽引力作用下的橢圓軌道。也就是說，行星圍繞太陽的運動，不過是它在四維時空中的慣性運動，根本不需要什麼萬有引力。

雖然從各種科學角度去分析萬有引力都有不同的解釋，但究竟哪種說法更接近真實情況目前還難以定論。而萬有引力的產生原理也還有必要進一步去探索求知。但不可否認的是，萬有引力的產生原理一旦被求證，必將掀開人類科學史又一偉大篇章。