引力是什么——1.不可思议之一：引力是“力”

1.不可思议之一：引力是“力” 在介绍引力理论之前，先让我们来谈谈关于引力的“七大不可思议”。由于在日常生活中任何人都能感受到引力，所以我们也将它的存在视为理所当然。其实，引力充满了不可思议的神秘之处。 最初人类是从何时起意识到引力的不可思议，并将其确定为科学研究对象的呢？据说引力是“牛顿看到苹果从树上掉下来之后发现的”，其实并非如此。从更古老的时代开始，人类就觉得物体落到地面的现象不可思议，并不断思考其原因。 不过，最初人类并不是认为存在“力”的作用。古希腊的哲学家亚里士多德认为，物质具有“返回原来位置的性质”。如同外出觅食的鸟终要归巢，被抛起的石头也会落回原来的位置。另外，当时人们认为物质分为水、火、土和空气这四种元素，成分中含土多的物体欲返回地球的中心而急速下落。这一观点在欧洲一直持续到中世纪。 但是，也存在该观点无法解释的物体，那就是太阳、月亮和星星等天体。在天上呈周期性运动的天体与地上的物体不同，它们看上去没有“原来的位置”。因此当时的人们认为，天上的物体是由水、火、土和空气之外的“第五元素”（以太）组成的。与地上相比，那里是不同法则所支配的另一个世界。 后来，艾萨克•牛顿彻底颠覆了这种观点。 图1-1　艾萨克•牛顿（1642—1727） 牛顿首先明确定义了作用于物体的“力”，即能够改变物体运动状态的一切都是“力”。如果没有力的作用，物体的运动状态不会发生变化，将保持匀速直线运动（静止的物体也以“速度0”保持静止状态）。但是，只要对物体施加外力，其运动方向和速度等状态将发生改变。例如，踢一脚处于静止状态的足球，足球就会滚动起来，这就是因为对足球施加了外力。根据牛顿的这个定义，物理学被确立为记述“物体”和作用于物体的“力”所产生的现象的学问。 当然，物体落回地面的现象也能够用“力”的作用来解释说明。如果没有力的作用，从手中脱离的石头应该飘浮在空中。石头之所以朝地面落下，是因为一种叫作地球引力的“力”改变了它的运动状态。 随后牛顿注意到了引力的“万有”性质。我认为“看到苹果从树上掉下产生灵感”的说法是后来人们编造出的故事，根据牛顿的观点，当时不仅只是地球吸引了苹果，苹果也吸引着地球。 另外，既然叫作“万有引力”，就说明它不是地上的物体所独有的力。牛顿认为天上的太阳、月亮和星星的运动也源于它们彼此的吸引。在牛顿的发现中，这才是最伟大的一点。这也是首次在理论上统一了之前被认为是不同世界的地上和天上。不论是石头或苹果落到地面的现象，还是月亮围绕地球转动的现象，都可以用同一理论来解释了。