什么是重力？它是一种力量，一种伪力量，还是别的什么？自2015年爱因斯坦广义相对论诞生100周年以来，物理学家们一直在激烈地争论这个问题。

牛顿在1687年发表著名的万有引力定律后说：“引力确实存在。”。虽然人们常说的苹果砸到头上的故事是杜撰的，但牛顿所做的是计算出控制两个物体之间引力的数学定律。

为了使他的引力概念具有普遍性，牛顿需要一个宇宙，在这个宇宙中，一切都需要知道其他一切的位置，这样引力才能以适当的力起作用。因此，他的引力概念是地球和天体现象之间的完美结合，“充分解释了天体的所有运动”，覆盖了广阔的宇宙。只要质量密度低且移动缓慢，该定律就适用于发条进动。例如，地球和其他行星绕太阳运行是因为太阳施加的引力。

尽管该定律取得了惊人的成功，但牛顿从未完全满足于他的理论。它无法令人满意地解释许多异常情况。其中之一是“距离动作”的奥秘，这是一个涉及两个身体在没有身体接触的情况下相互作用的概念。他甚至写信给一位同事，告诉他任何“有能力的思想家都不应该相信他的理论”。

其他问题是：力是如何通过太空传递的？行星如何知道它们必须围绕太阳在椭圆轨道上运动？此外，与磁铁既能相互吸引又能相互排斥不同，为什么引力总是会拉？

此外，牛顿引力对于具有巨大质量密度的物体或以与光速相当的速度运动的物体来说效果不佳。它也无法解释观察到的光的弯曲。然而，引力似乎是一种力量，这一理论在哲学上是多么令人不满意。

把爱因斯坦代入方程式。他抨击牛顿，声称不存在“引力”。根据1915年发表的《广义相对论》，引力是物质弯曲时空结构的表现。简单地说，在物质存在的情况下，空间——长度、宽度和高度——变得弯曲，时间变慢。质量越大，弯曲越大，时钟的滴答声越慢。这就是为什么在太空中快速移动的宇航员比地球上的人衰老得慢一点的原因。

作为证据，前美国国家航空航天局宇航员斯科特·凯利在2015年至2016年以17500英里/小时的速度在国际空间站上绕地球飞行的轨道上度过了历史性的520天，这让他6分钟大的双胞胎兄弟马克·凯利大了5毫秒。

要了解重力和时空曲率之间的关系，请考虑拉伸的橡胶板。如果我们把一颗大理石滚过这块板，它会直线移动，就像一个物体在没有重力的情况下会移动一样。现在把一个保龄球放在床单的中间。床单会变形，看起来像一个大碗，或者一个以球为中心的山谷（“重力井”）。球越重，井边越陡。如果我们现在在这张纸上释放一个弹珠，我们会看到它向球弯曲。大理石对球产生的薄片的曲率做出了反应。它不会以任何方式被球吸引。用太阳代替球，用行星代替大理石。瞧！我们有行星轨道。

更具体地说，大理石的路径将取决于其释放的速度和方向。如果相对缓慢地释放并靠近球的中心，它将遵循圆形或椭圆形轨道，而释放得更远或速度更高的弹珠可能会以无约束的抛物线或双曲线路径围绕中心循环，如彗星的路径。

时空弯曲的最确凿证据是引力透镜现象——太阳引力弯曲空间导致的光偏转，1919年英国天体物理学家亚瑟·爱丁顿在日食期间证实了这一点。牛顿定律没有规定无质量粒子会感受到重力的影响。

接下来，为什么重力总是把我们往下拉，而不是把我们往上推？现在想象一下，有人从橡胶板下面往上推，形成了一个“重力山”。球会滚走的！据科学家所知，物质总是形成重力井，而不是重力丘。如果重力丘确实存在，那么地球将把我们推向太空。

整个宇宙的引力能量是由引力波传输的，引力波是时空结构中的微小涟漪，以光速从引力源向外传播，在一个方向上拉伸空间，在另一个方向压缩空间。它们于2015年在美国路易斯安那州和华盛顿州的激光干涉仪引力波天文台被探测到。

尽管作用距离的问题尚未解决，但有人猜测，这种力是由尚未发现的称为引力子的无质量粒子携带的。换言之，当我们向上扔东西，它又落下时，是引力子把它拉下来的。

那么，我们现在可以说我们知道重力是什么吗？坦率地说，在最基本的层面上，我们仍然不知道它是什么。爱因斯坦可能最接近回答关于引力的问题。它不是牛顿的普通力，而是空间和时间的几何性质。用爱因斯坦自己的话来说，“时间、空间和引力与物质是不可分割的。时空告诉物质如何运动，而物质告诉时空如何弯曲。”

当曲率很小时，爱因斯坦和牛顿是一致的。上升必然下降可以用两者来解释。随着引力质量的增加，爱因斯坦取代了牛顿，开始统治宇宙。然而，这两种理论在微观世界中都惨遭失败。

最后，广义相对论可能是虚构的，但它是真实的；不是噱头，也不是抽象的数学理论。它既简单又优雅，但也令人抓狂地缺乏直觉。多亏了爱因斯坦，我们生活在一个由弯曲的空间和改变的时间组成的宇宙中。

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