引力定义

牛顿万有引力定律描述了引力如何工作。非接触引力是自然界中一种连续的吸引和约束力。当两个或多个物体接触时，会产生由引力引起的吸引。万有引力公式源于牛顿的万有引力定律。引力围绕着我们的环境。

引力意味着什么？

无论两个物体的质量是否相等，引力都会将它们吸引在一起。根据牛顿万有引力定律，宇宙，包括你，都在吸引着其他一切。引力的符号是牛顿（N）。

许多著名的科学家都为引力研究做出了重大贡献。意大利天文学家伽利略·伽利雷在 17 世纪初就确立了所有物体都均匀地加速向地球中心。英国数学家艾萨克·牛顿在他的开创性论文（1687 年）中首次发现了引力定律。

由于引力对任何物体的影响都很容易看到，因此它被认为是一种基本力。因此，引力影响着每一个有质量的物体。因此，引力符合基本力的资格。物体之间没有物理接触，因此引力是非接触的。它是向心的，因为它集中在物体角轨道轴上。维持物体的轨道是它的责任。旋转的物体会感觉到来自侧面的拖曳力，远离中心。离心力导致这种拉力。引力是基本力中最弱的一种。

根据牛顿万有引力定律（有时也称为牛顿万有引力定律或万有引力定律），宇宙中所有物体，无论质量如何，都会受到吸引力而相互吸引。这种拉力被称为引力，用 F 表示。

• 直接成正比于两个接触物体质量的乘积（m1 和 m2），并且
• 它们中心之间 r 维距离的平方成反比。

引力单位

• 引力测量单位
• 引力的量纲公式是 [M1L1T-2]。

引力特性

以下是引力的一些关键方面：

• 引力是最弱的基本力，并且始终具有吸引力。
• 它是一种非接触力，因为一个系统的物体无需接触或触摸它就能感受到它。
• 引力的长程力独立于任何介质运行。
• 地球表面的引力场是稳定的。

地球的引力，有时称为重力，影响着一切。由于重力，我们无法在空中自由漂浮，它使我们保持在地面上。作用在地球上的力在地球和人类之间是平衡的。但由于地球体积巨大，地球未受损伤。如果释放一个悬挂的物体，它将自然地向地球中心落下。

地球与月球之间的引力

月球绕地球运行是由于两者之间的引力吸引。我们将它们的质量和它们中心之间的距离代入引力公式来计算这个力。然后，发现地球和月球之间的引力为 2 x 10^20 N。

太阳的引力

由于其巨大的质量，太阳拥有巨大的引力场。由于这种吸引力，所有行星都以椭圆形轨道绕太阳运行。使用引力公式计算得出太阳对地球施加的引力为 3.5 x 10^22 N。

引力与引力的关系

如下表所示，重力与引力之间存在一些关键差异，我们应该更详细地讨论这些差异。

科学的变革

在 16 世纪中叶，欧洲科学家在科学上驳斥了亚里士多德关于较重物体下落速度较快的观点。1551 年，西班牙多明我会教士 Domingo de Soto 的一篇论文指出，自由落体中的物体加速速度均匀。Benedetto Varchi、Francesco Beato、Luca Ghini 和 Giovan Bellaso 等多明我会教士不同意亚里士多德关于尸体下落的观点，这可能影响了 De Soto 在意大利早期的研究。16 世纪中叶，意大利物理学家 Giambattista Benedetti 发表论文，认为由相同材料制成但质量不同的物体会以相同的速率下落，因为引力是特殊的。佛兰德斯物理学家 Simon Stevin 在 1586 年通过代尔夫特塔实验发现，两个不同重量和大小的炮弹以相同的速度从塔上落下。伽利略·伽利雷通过对斜坡上滚下的小球进行细致测量，最终证明了引力加速度是相同的。

伽利略在 1604 年正确地预测了一个下落物体的距离与经过时间的平方成正比，并且他是正确的。意大利耶稣会科学家 Grimaldi 和 Riccioli 在 1640 年至 1650 年间随后验证了这一点。他们还测量了钟摆的振荡来确定地球引力的大小。

牛顿眼中的引力

艾萨克·牛顿在他的 1684 年手稿《论物体在轨道上的运动》（De motu corporum in gyrum）中为开普勒行星运动定律提供了科学基础，该手稿寄给了埃德蒙·哈雷。哈雷对此印象深刻，鼓励牛顿进行详述。几年后，牛顿发表了开创性的著作《自然哲学的数学原理》（Philosophiae Naturalis Principia Mathematica）。根据牛顿的观点，他在这本书中将引力称为一种普遍存在的力，使行星保持在其轨道上的力必须与它们绕其旋转的中心距离的平方成反比。随后，该论断被概括为以下陈述，并使用平方反比定律：

其中 m1 和 m2 分别是相互作用的物体的质量，r 是它们质心之间的距离，G 是万有引力常数，其值为 6.674 x 10^-11 m^3 kg^-1 s^-2。科学界欢迎牛顿的《原理》，他的万有引力定律迅速传遍欧洲。当它被用于预测海王星的存在（一个多世纪后，1821 年）时，他的引力理论获得了更大的声誉。法国天文学家 Alexis Bouvard 当年使用此模型计算了天王星的轨道，并发现该模型与行星的实际轨道存在显著偏差。许多天文学家推测，可能存在一个位于天王星轨道之外的大型天体，导致了其轨道的扰动。1846 年，英国天文学家 John Couch Adams 和 Urbain Le Verrier 使用牛顿的公式预测了海王星在夜空中的位置，并在一天之内就发现了海王星。

量子力学与引力

广义相对论可以准确地预测引力在大尺度上的效应，但它无法与量子物理学相协调。这是因为量子理论认为所有力都源于称为量子的离散粒子之间的相互作用。相反，广义相对论将引力描绘成一种平滑、连续的时空扭曲。由于其他三种基本力——强力、弱力和电磁力——早已在量子框架内得到解释，这种不一致性尤其让物理学家感到困扰。因此，现代学者开始寻找一种理论，将引力和量子力学结合成一个更全面的框架。量子场论框架是理解引力的一种方法，它成功地描述了其他基本相互作用。同时，量子场论的引力理论认为，存在虚拟引力子的交换，而电磁力源于虚拟光子的交换。这种描述重现了广义相对论的经典极限。然而，这种方法在普朗克长度量级的距离上会失效，在那里需要一种新的量子力学方法或对量子引力更全面的理解。

结论

牛顿的万有引力定律使我们得出结论，宇宙中的所有物体都受到相互引力的作用。相互作用物体的质量以及它们中心之间的距离会影响吸引力。地球表面附近的所有物体，包括大气层，都受引力作用。