科学|宇宙四力“大一统”？万有引力的前世、今生与未来 |

想象一下。为什么我们即使跳起来很高，过一会儿马上又回到了地面上？为什么下雨的时候，雨滴是向下落，而不是向上？这些在我们平时的生活中看起来习以为常，但仔细思考却又觉得奇奇怪怪的现象，全都是归因于一个名叫“万有引力”的东西。

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万有引力让我们无法静滞在空中，若无万有引力，我们可能飞离地球万有引力的起源
说到“万有引力” ，那么不得不提一个人，那便是牛顿（Isaac Newton 1643—1727）。
传言在1687年的一个午后，牛顿坐在一棵苹果树下看书。突然一颗苹果落下来，狠狠地砸在了他的脑袋上。
也许这位牛顿先生在被砸的那一瞬间脑袋有一点儿懵，但是过后这一现象也让他开始思考：为什么这个苹果是竖直往下落而不是往其他方向飞去？

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牛顿与苹果的“不解之缘”
当然这个“苹果砸头”的故事可能只是一个传言，但类似的现象比如月球为何绕地球转、地球为何绕太阳转、雨滴为何总向下落等，是何种力量在牵引着它们，着实让牛顿好奇不已。

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地球绕太阳公转，形成了春夏秋冬不同季节
于是牛顿开始了他艰苦卓绝的计算。受开普勒第三定律相同时间内行星绕太阳运动扫过的面积相等以及胡克关于距离平方反比的提示，在1685年《自然哲学的数学原理》初稿中，牛顿向人们展示了他关于万有引力的推理过程及结论。

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牛顿《自然哲学之数学原理》手稿
“万有引力定律” ，从它的名字就能看出来，这个世界上，无论是什么物体，都有能够吸引其他物体的能力。从推导出来的公式上看，吸引力的大小，取决于两个物体的质量和它们之间的距离，质量的乘积越大，距离的平方越小，引力越大。

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万有引力公式
但是单从苹果向下落就推断出“万有引力”这个定律的话未免太过于牵强。它只能说明我们地球和苹果之间相互吸引，地球吸引着苹果，根据力的相互性，苹果也吸引着地球。却没法证明苹果和苹果之间，或其他物体之间也能够相互吸引。牛顿他到底是怎么得出这个万有引力定律的呢？
牛顿在当时提出的可能只是一个自己的一个猜测，并没有通过实验证明万有引力的存在。
后来英国科学家卡文迪许通过扭秤实验、以及后续的一些科学家利用一系列改良的扭秤实验，进一步验证了万有引力定律的存在。除此之外，他们还测出了万有引力常数G——就像上面公式中所展示的一样，一个知道了物体的质量和它们之间的距离，就能够计算物体与物体之间引力大小的数字。

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卡文迪许扭秤实验测定万有引力常量G
然而，即使知道了万有引力的存在，并不意味着知道它是怎么产生的。以牛顿力学为代表的经典力学并未对万有引力如何产生给出合理的解释。广义相对论与万有引力
由爱因斯坦在1916年发表的广义相对论，解释了万有引力与空间弯曲的关系。这一论断，解释了很多以往不能解释的现象，但对于万有引力，似乎又为其蒙上了一层神秘的面纱。分页标题

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广义相对论认为：引力是一种时空弯曲造成的几何效应，物质告诉时空如何弯曲，弯曲的时空告诉物质如何运动牛顿认为万有引力是由物体的质量引起的一种基本力，而根据广义相对论，爱因斯坦认为是物质的质量引起了空间弯曲，而弯曲的空间同样会反过来影响运动物质的运动，而质量为什么会引起空间弯曲，爱因斯坦并未给出解释。
弯曲的空间指的是什么？想象一下有一个巨大的空间，这个空间由于受到空间外部某个超大质量物体的影响。则所有在这个空间中的物质，都会不同程度地“弯曲” 。如运动中的物体，静止的物体，还有光、电磁波等。除了表现为形状的弯曲之外，空间内物质的演变速度也会受到影响。

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弯曲的空间——眼见不一定为实
这意味着，如果我们作为一个观察者在这个空间外部观察这个空间，我们所看到的东西事实上并不在我们所认为的“方向”上。而是从另一个方向“偏转”过来的。
还记得伽利略在1607年测光速的试验么？伽利略假定光走的是直线，假如某个地方有一个超大质量的物体，使光线发生的弯曲，那么光走直线的模型就不成立了，测出来的光速也不准。（其实由于光的传播速度太快了，即使没有光线弯曲，用伽利略的方法测量的结果也是极不准确的）

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伽利略一只手握着计时器，另一只手快速提起灯，向对面山头的助手发送“光的信号”
俗话说，耳听为虚，眼见为实。也许在未来，我们要改变这个观点了，因为我们周围的物体，无时无刻不在或多或少地改变着光传播的方向。现代量子力学与万有引力
回到我们最初的问题，万有引力是如何产生的？这其实是一个目前科学尚未定论的问题。在现代量子力学研究的过程中，引力场量子化一直是一个令科学家感到非常棘手的问题。
“引力场量子化”是什么？目前已发现宇宙中存在的四种基本力：电磁力、强核力、弱核力、万有引力，其中电磁力、强核力、弱核力都已经能够用量子力学的理论解释，但是万有引力还不行。所以我们称它“还并未被量子化” 。

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已被量子化的电磁力、强核力、弱核力的力载子：光子、胶子、W&Z玻色子。引力子有望成为万有引力的力载子
爱因斯坦对于万有引力来源的描述，认为引力只是一种空间弯曲的几何效应，小D愚笨地认为，这种模型归根结底还是一种辅助模型。

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爱因斯坦空间弯曲模型：星体看似具有引力的运动，只是一种空间的几何效应
小D认为，它是一种用于弥补人类无法补偿微观粒子由于引力作用运动偏折或速度变化而带来的视觉观测影响的模型，空间不会真正“弯曲” ，弯曲的只是微观粒子由于引力作用导致的运动偏折或速度改变，或宏观物体的形态弯曲，人们通过观测到的微观粒子的路径、速度改变或宏观物体的形态弯曲，认为空间“弯曲”罢了。
相较爱因斯坦在广义相对论中提出的空间弯曲假设，小D更倾向于现代量子力学的“力载子”假设，就像产生电磁力的力载子一样，引力也是由我们身边那些看不见、摸不着但能携带能量的“力载子”引力子（Graviton）相互作用产生的。但引力子目前还未被找到，期待在未来的某一天，它能够被科学家们发现，实现宇宙四力“大一统” 。总结分页标题
无论我们对于宏观世界，还是微观世界的认知，很大程度上，都取决于我们的观测能力。就像在我们用电子显微镜观测到物质的分子结构之前，对物质组成成分的猜想，很大程度上都依赖于对物质与物质之间反应现象的描述。
随着科技的不断进步，我们能够看得越远，看得越微，采样的频率越快，就越能“看清”我们这个世界的本质。 #寻找真知派##科学思维看百态#
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