亚里士多德

“引力”从古到今都是学者们关注的话题，每个时代都有个主流的看法。关于引力的探讨来自于我们日常生活非常常见的，比如，你向前扔一块石头，于是你就会发现，石头会呈现一个抛物线。

而且，很多东西都是往下掉的趋势，比如：人跳起来后不会飘起，而是落回到地上。

这种现象对于古希腊哲学家，尤其是自然哲学家来说就很闹心。所以，他们得给出一个合理的解释，那具体咋解释的呢？

亚里士多德总结了前人的成就之后，提出了这样的观点。

万物是由水火土（地）气构成的。水和土（地）都落向地面的趋势，而火和气有向上升的趋势。

除了这样的观点之外，亚里士多德还说：

重的物体落到地面上的速度越快。

现代科学的起源

实际上，亚里士多德的研究虽然被我们后世的很多人看成了笑话，但是还是很有意义的，最起码人家做了个实验，也算是最早的关于“引力”的理论。除此之外，他还指了一条明路，那就是从物质的本源去出发，后来的“引力子”理论不得不说有点沿袭了亚里士多德“水火土气”的思路。

而到了现代科学，首先对亚里士多德理论下手的人是伽利略。传说他在比萨斜塔做了个自由落体实验，实力打脸亚里士多德。

不过，这个传说而已，实际上，伽利略做到是斜面实验。

这个实验告诉我们一个道理，物体的惯性质量竟然等于引力质量。这后来也预示着引力其实和空间有关。

紧接着，牛顿沿着伽利略、开普勒等人的成就，提出了牛顿力学和万有引力定律。牛顿的厉害之处在于，他把天上和地下的物理学进行了统一，在他之前，包括哥白尼在内的许多大神都认为天上是一套规则，地上是一套规则。牛顿还给出关于引力的万有引力公式：

传说（写在了自然哲学的数学原理当中），牛顿想到万有引力公式来自于一个思想实验，他当时就在寻思，如果有个大炮，炮弹放置在空中，就会自由落体，这是因为地球的引力。

打出一个炮弹，理论上是平抛运动，

但是我们要知道的是地球是球形的，这说明地球的表面是弯曲的，只是地球特别大，所以我们才没感觉到。但如果炮弹的速度足够快，炮弹下降的幅度等于地面下降的弧度，那岂不是炮弹可以一直沿着地球转了么？

而天体的运动不正是符合了类似的规律？所以，实际上天体的运动和地球表面的运动是一回事。

除此之外，如果我们仔细看牛顿的万有引力公式，其实这个公式已经描述出来引力和空间的关系，那就是1/r^2，也就是引力和两个物体之间的距离的平方成反比。

所以，牛顿也得给出他对于时空的关系。我们都知道万有引力公式并没有时间量，只有空间量。因此，牛顿认为万有引力和时间没有关系，它是超距作用，瞬间完成。

而空间也和时间没有关系，两者是分立的。而且，他进一步给出自己的看法，他认为时间和空间是刚性的，对于任何人来说，一米就是一米，大家都一样，一秒就是一秒，大家都一样，无论是不是在运动，空间和时间都不会变化。这也被称为牛顿的绝对时空观。

所以，到了牛顿时代，人类描述清楚了万物之间都存在引力，引力这会使得两个物体之间相互吸引。但是，如果你问牛顿，引力的本质是什么，他其实是答不上来的。

相对论

后来，爱因斯坦提出了狭义相对论，先是实力打脸牛顿的绝对时空观。在狭义相对论中，爱因斯坦统一了空间和时间。他认为，

时间的间隔也就是（钟的运动）和空间的长度（尺子的长短）都会因为运动而发生改变。

这也被叫做钟慢效应和尺缩效应。后来，科学家通过μ子实验也验证了这一点。

因此，时间和空间在狭义相对论中称为了一个物理量，叫做时空，并且和三维空间结合到一起，并称为四维时空。

但是狭义相对论也有它的问题，因为引力定律并不满足任何参照系下都具有相同的形式。而狭义相对论是在惯性系下建立起来的。因此，爱因斯坦做出了进一步的推广，提出了广义相对论，他认为

惯性力是适用于平直的四维时空。而引力的时空则是弯曲的四维时空。

换句话说，爱因斯坦对于引力的解释和牛顿有本质上的不同，这个不同就是时空观念上的不同。用惠勒的一句话来概括爱因斯坦的观念就是：

物质告诉时空怎么弯曲。时空告诉物质怎么运动。

地球之所以绕着太阳转，正是由于太阳弯曲了周围的时空，地球沿着测地线在运动。而这里的测地线就是弯曲空间中的“直线”，两点之间最短的路径。

而要描述四维时空，我们就需要用到黎曼几何。

想要知道时空弯曲的程度，是需要用到爱因斯坦的引力场方程来确定的。

因此，这个时候的时空不再是单纯的物质的“运动场”，同时弯曲的时空我们可以认为是引力场。

还拿太阳系来说，太阳其实就是引力场的源头，它的质量产生了引力场。

爱因斯坦的广义相对论，如今也是关于“引力”的主流理论，并且在后来被大量的观测和实验所验证。其中爱丁顿在1919年通过观测日全食时，太阳附近的光线弯曲最为轰动，让爱因斯坦一战封神。

而水星的近日点进动一直是牛顿的引力理论一直解决不好的问题，爱因斯坦广义相对论则可以解决这个问题。

更不要说，后来科学家利用广义相对论预言了黑洞和引力波的存在，这些都是理论先于观测，堪比当年科学家利用万有引力预测“海王星”的存在。

当然，除了广义相对论，其实还有其他的引力理论，比如：“引力子”理论。但是这些理论在观测和预测上，和实际情况相去甚远，远不如广义相对论描述得准确。

不过，广义相对论并非是完美无缺的，它也有自身巨大的问题，随着科学家的深入研究，他们发现，在某些特定情况下，广义相对论会使得时空出现奇点，在这个奇点处，引力场会失去意义。想要解决这个办法就得将广义相对论和量子场论进行结合，科学家也一直在致力于此。他们认为，这两个理论的结合会是最终极的理论，也被称为万有理论。这也可能是引力理论的未来发展发现。

正如开头所说的，每个时代都有一个主流的引力理论，如今我们的主流引力理论是广义相对论，而未来呢？是万有理论，还是超弦理论？我们目前还不得而知。但不断发展是科学的特质。关于，“引力”我们就聊到这里。