萬有引力的發現過程及其地位作用
萬有引力（稱為引力、重力）是任何有質量的物體之間的一種吸引
力。兩個物體之間引力大小與兩個物體質量的乘積成正比，與兩個物體的
距離平方成反比。萬有引力作用方向在兩個物體質心的連線上。也就是
說，兩個質點之間的萬有引力大小與它們質量的乘積成正比，與它們之間
距離的平方成反比，方向在它們的連線上。
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牛頓是如何發現萬有引力的
物理學形成一門獨立的學科，并且成為整個自然科學的基礎，是從經
典力學開始的。在此之前，人類的文明史中雖有不少有關物理的、有價值
的創造和發現，但沒有形成完整的理論體系，也就是說，還沒有構成獨立
的物理學。
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世紀以后，由于航海、戰爭和工業生產的需要，力學的研
究得到了迅速的發展。航海事業促進了天文觀測，天體運行的大量精確的
數據資料為揭示行星運動的規律奠定了基礎。
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世紀，牛頓總結了以開
普勒、伽利略為代表的許多物理學家的研究成果，建立了牛頓運動定律和
萬有引力定律，標志著經典力學的誕生。牛頓建立的力學體系經過伯努利
﹑朗日、達朗貝爾等人的推廣和完善，形成了系統的理論，得到了廣泛的
應用并進一步發展出了流體力學、彈性力學和分析力學等分支，使經典力
學成為自然科學中的主導和領先學科，由此我們可以看出，有關引力問題
的研究是物理學發展的一塊重要的基石。
萬有引力的發現，是
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世紀自然科學最偉大的成果之一。它把地面
上的物體運動的規律和天體運動的規律統一了起來，對以后物理學和天文
學的發展具有深遠的影響。它第一次揭示了自然界中一種基本相互作用的
規律，使人類認識自然的歷史上樹立了一座里程碑。
兩個通常物體之間的萬有引力極其微小，我們察覺不到它，可以不予
考慮。比如，兩個質量都是
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千克的人，相距
0.5
米間的萬有引力還不
足百萬分之一牛頓，而一只螞蟻拖動細草梗的力竟是這個引力的
1000
倍！但是，天體系統中，由于天體的質量很大，萬有引力就起著決定性的
作用。在天體中質量還算很小的地球，對其他的物體的萬有引力已經具有
巨大的影響，它把人類、大氣和所有地面物體束縛在地球上，它使月球和
人造地球衛星繞地球旋轉而不離去。
重力，就是由于地面附近的物體受到地球的萬有引力而產生的。但是
需要注意的是，因為地球在自轉，除了在南極北極端點，在地球上任意一
點的物體，其重力并不等于萬有引力。此時可看作繞地球的向心力和重力
合成萬有引力。由于繞地球自轉的向心力遠小于重力，故一般就認為重力
就略等于萬有引力了，其實重力是略小于萬有引力的，只有在南北極物體
繞地球自轉的向心力為零時，重力才等于萬有引力。
現在我認為，物質之間可以相互發出有引力線。引力線也是質量存在
的一種形式。引力場或引力線也有質量。引力場有一定強度，有的大、有
的小。我們似乎可以計算引力場的質量大小。基本可以這樣認為，空間引
力場質量的大小，在引力場強度一定時，與空間體積的大小成正比。與引
力場的強度成正比，應該是這樣吧？是不是這樣無所謂，不涉及這個問
題。暫時只研究，空間引力場質量的大小，在引力場強度一定時，與空間
體積的大小成正比。
一定質量的物質，發出的引力線或引力場的狀況如何呢？是不是，引
力線或引力場，從這個物質出發而終止于其它所有物質。或者說，引力線
或引力場，從這個物質出發而不考慮其它的任何物質，只是向前發出，永
無止境呢？這是兩種不同的情況。
如果是永無止境的向前運動，只是碰到物質時，便有作用力，既引
力。如果是這樣的，萬有引力效果，與我們現在所感覺的一樣，沒有什么
差別。既，與引力線或引力場從物質出發，而終止于其它所有物質的萬有
引力效果，與不這樣假設是一樣的。
2
愛因斯坦如何用相對論解釋萬有引力
狹義相對論給牛頓萬有引力定律帶來了新問題。牛頓提出的萬有引力
被認為是一種超距作用，它的傳遞不需要時間，產生和到達是同時的。這
同狹義相對論提出的光速是傳播速度的極限相矛盾。因此，必須對牛頓的
萬有引力定律也要加以改造。
改造的關鍵來自厄缶的實驗，它以很高的精確度證明：慣性質量和引
力質量相等，固此不論行星的質量多大多小，只要在某一時刻它們的空間
坐標和速度都相同，那末它們的運行軌道都將永遠相同。這個結論啟發了
愛因斯坦設想：萬有引力效應是空間、時間彎曲的一種表現，從而提出了
廣義相對論。
根據廣義相對論，空間、時間的彎曲結構決定于物質的能量密度、動
量密度在空間、時間中的分布；而空間、時間的彎曲結構又反過來決定物
體的運行軌道。在引力不強，空間、時間彎曲度很小情況下，廣義相對論
的結論同牛頓萬有引力定律和牛頓運動定律的結論趨于一致；當引力較
強，空間、時間彎曲較大的隋況下，就有區別。不過這種區別常常很小，
難以在實驗中觀察到。從廣義相對論提出到現在，還只有四種實驗能檢驗
出這種區別。廣義相對論不僅對于天體的結構和演化的研究有重要意義，
對于研究宇宙的結構和演化也有重要意義。廣義相對論作為新的引力理論
得到了實踐的支持。愛因斯坦本人首先用它解釋了用牛頓引力理論不能完
全解釋的水星軌道近日點進動問題。接著，他計算了太陽引力場對星光的
彎曲，所得結果比牛頓引力理論的相應結果大一倍，但與后來天文觀測的
結果很接近。愛因斯坦在創建了現代引力理論后，又據此提出了新的宇宙
模型，這標志著相對論宇宙學的誕生，也是現代宇宙學研究的開始。
20
世紀
60
年代，隨著中子星的發現、
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宇宙背景輻射的確認等一系列科學
上的重大進展，現代引力理論及在此基礎上建立起來的大爆炸宇宙模型得
到了普遍的接受。縱觀物理學發展的歷史，可以看出，從牛頓萬有引力定
律，到愛因斯坦廣義相對論，有關引力的理論，形成了物理學中理論發展
的一條鮮明的主線。它既是一個古老的課題，又是最現代前沿的領域；既
是物理理論最早建立的基礎，又是當今理論研究方興未艾的焦點之一。除
了在理論上的重要地位以外，在實踐中，萬有引力也有廣泛的應用。可以
說，一切發生在地球上的自然現象和人類所進行的各種生產活動，無一不
與萬有引力有關。特別是人造衛星的發射和利用，涉及到現代工生產、科
學研究、交通運輸、軍事偵察、無線電通訊，甚至深入到文化傳播、宣傳
等上層建筑和人類生活的方方面面。從天文授時到大地測量，從重力探
礦、資源普查到氣象和潮汐預報，從宇宙探索、航天技術到電視轉播、全
球移動電話，其應用之廣，不勝枚舉。萬有引力在物理學中所占的重要地
位，由此可見一斑。