地心引力是怎么发现的


引力,自古以来便是人类探索自然奥秘的起点之一。早在遥远的1687年,牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中,首次提出了引力的概念。

牛顿不仅用万有引力定律阐释了行星运转的规律,而且也用以解释木星与土星卫星在行星周围运转的规律性。他认为月球不仅受到地球的吸引,同时也受到太阳的牵引,这为月球运动中呈现的二元平均偏差和运行规律提供了有力的解释。他还揭示了彗星的轨道和地球潮汐现象背后的引力作用。

这最早被人类所认识的自然力,却也成为了长久以来困扰人类的谜团。自笛卡尔时代起,人类便开始探寻引力的根源,但至今仍未找到答案。

爱因斯坦的广义相对论在引力的探索上迈出了一步。尽管他的理论以四维空间弯曲的方式描述了引力现象,但在引力的来源——即质量方面,爱因斯坦的理论与牛顿的引力理论相比并未取得实质性进展。

现今,人类已知的所有粒子均具有质量,甚至被称为“宇宙幽灵”的中微子,其质量也在近年得到了测量。可以说引力与所有的基本粒子都存在相互作用。

苏格兰理论物理学家希格斯玻色子的出现,为质量的起源提供了新的假设。他提出,质量的来源可能是真空波动。由于所有粒子都存在于真空背景中,真空波动对任何粒子都可能产生影响。这一理论似乎为解释质量的起源提供了新的视角,就像海上的渔民每天都能感受到海浪的冲击一样。

希格斯的理论在20世纪80年代得到了提出,并在此基础上了希格斯粒子的存在。这种粒子在理论上能够产生任何粒子质量的效应。终于在2012年,这种特殊的粒子——希格斯玻色子被首次观测到。

是自然在与人类捉迷藏,还是人类的认知存在偏差?答案似乎显而易见。自然的奥秘仍不断与人类捉迷藏,而人类的理论仍未能触及引力的起源。

时至今日,引力的起源问题已然成为物理学史上最大的未解之谜。自然的深邃似乎真的在愚弄人类,让我们先了解地心引力,但其真正的根源却深藏在大自然的怀抱中,历经四个世纪与我们玩起了捉迷藏。

理论物理学家们回望历史,梳理人类探索引力起源的历程后达成共识:引力的起源源于质量。这一观点在牛顿的引力方程及爱因斯坦的广义相对论引力方程中得到了体现。

随着人类认识的深入,我们已探索至质子和中子的基本单位——夸克。自然界中存在六种夸克已被确定,夸克具有“渐近自由”的基本属性。但夸克是由何组成?其电荷机制又是如何?这些更为基本的问题仍待解答。

尽管弦理论声称能够解释夸克的性质和粒子上电荷的机制,但它并未为人类提供可行的实验验证方法。弦理论更像是一种复杂的“数学游戏”,而非物理理论。

从笛卡尔到牛顿再到爱因斯坦,直至今日,引力的本质依然是物理天空中那片最大的雾霭。量子物理学的发展不仅未使引力之谜变得简单化,反而使其变得更加复杂。特别是在20世纪90年代发现宇宙中的暗物质后,引力和暗物质之间的关系更加神秘。可以肯定的是,暗物质与引力的起源有着最直接的联系。但何为暗物质?它是由何种粒子或量子态组成?这些难题仍在努力揭开引力的新奥秘。

引力似乎是一个充满谜团的神奇盒子。打开外层的盒子后发现里面还有几个小盒子,而打开一个小盒子后发现里面的小盒子是无穷无尽的。地心引力的本质已然成为人类智力的最大挑战。这场探索的游戏由笛卡尔和牛顿开启,至今仍在继续,且似乎永无止境。