重力解释

多年来，人们都知道，当一个物体被直接抛出时，它会回到地球。 人们观察到这种现象，可以预测这种力量的影响，但不知道它是如何工作的。

自古以来，就有许多理论和尝试来解释这种神秘的力量，叫做"重力"。 在早期，哲学家们认为物体坠落到地球是神的境界的一部分，并遵循自然运动。 例如，空气属于天空，向上移动，而岩石属于地球，回落到地球。

"花点时间体验重力的影响。 抬起你的手臂， 感觉你是如何被迫再次下降它或使用球或苹果直接抛出 "

在第四世纪，亚里士多德是第一个尝试对重力进行定量描述的人。 他写道，一个物体以恒定的速度下降，在被释放后不久到达，较重的东西下降更快，其质量成比例。 虽然这个想法是错误的，但直到16世纪才被铭记在心。

在17世纪，意大利天文学家伽利略·加利雷通过实验提供了重力的第一个科学解释，并挑战了亚里士多德提出的重力理念。

通过他的实验，伽利略意识到一个坠落的身体以恒定的速度加快了速度——换句话说，它有恒定的加速度。 他还做了重要的观察，如果可以忽略空气阻力，所有身体都以相同的加速度下降，不同重量的体同时掉落到达地面。

据说伽利略掉了形状一样的球。 尽管如此，与比萨斜塔不同的重量来证明物体以相同的加速度下降，证明他的预测是正确的，同时反驳亚里士多德的重力理论（该理论指出，物体下降的速度与其质量成正比）。

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"在上次阿波罗15号月球行走结束时，指挥官大卫·斯科特（下图）为电视摄像机进行了现场演示。 他拿出一把地质锤和一根羽毛，同时把它们掉了下来。 由于它们基本上处于真空中，所以没有空气阻力，羽毛的落体速度与伽利略几百年前的结论相同——所有释放在一起的物体，无论质量如何，都会以相同的速度下降。 任务控制主任乔·艾伦在"阿波罗15号初步科学报告"中描述了这次演示：

https://nssdc.g

sfc.nasa.gov/planetary/lunar/apollo_15_feather_drop.html

伽利略还进行了另一项实验，以证明重力在物体下降时以恒定的速度加速物体。 然而，在检验这一假设时存在一个问题。 伽利略无法垂直观察物体的自由落体运动。 当时，技术无法记录如此高的速度（缺少时钟或可测量高速的计时器）。 结果，伽利略试图用滚下倾斜坡道的球来替换坠落的物体，从而降低运动速度。 由于自由落落相当于一个完全垂直的斜坡，他假设一个球滚下倾斜的斜坡会以与下降的球一样加速。

通过这个实验，伽利略得出结论，如果一个物体从休息中释放，并且以稳定的速度获得速度，那么物体的总行驶距离与该行程所需的时间平方成正比。 例如，如果从休息中释放的对象移动两秒钟，则如果从休息中释放后仅移动一秒钟，则其行程将大约 2 x 2 或 4 倍。

下面的视频再现了伽利略进行的上述实验。

我相信我们更了解地球重力的影响下事物是如何移动的。 但是，我们如何将这种理解扩展到地球以外的其他物体的运动呢？ 例如，月球是如何绕地球旋转的？ 为什么地球绕太阳运行？ 星星如何穿越宇宙？

在17世纪，数学家、物理学家艾萨克·牛顿爵士对重力作了新的描述。 他相信我们生活在一个我们可以预测任何事情运动的世界。 牛顿关于重力的研究是物理学的关键转折点之一。

每当我们谈论牛顿时，我们首先想到的是落在牛顿头上的苹果。 这个故事并不完全正确。
一天，牛顿坐在花园里思考，他注意到附近有一个苹果掉了。 不仅仅是苹果掉下来让他兴奋不已，而是它试图去地球的中心（直下），而不是朝任何其他方向走去。 这是至关重要的时刻牛顿意识到地球已经绘制了苹果。 然后，他意识到宇宙中的每一个物体都吸引着其他物体，其质量成正比。 物体的质量越大，它的引力就会大得多。 他把这个想法延伸到了地球，把月亮画向地球的中心。 从这一天起，牛顿花了将近20年的时间出版了他的重力作品。 虽然一个苹果可能不像神话中暗示的那样击中艾萨克·牛顿爵士的头部，但一个苹果的坠落确实激励着牛顿发现了一个伟大发现。

牛顿的万维法则指出，两个物体之间的引力（F）等于其质量（m1 * m2）的倍数，除以它们之间距离的平方（r）。 此公式还指示对象之间的距离增加;引力变弱了。 （记住对象之间距离的反平方）

可能会出现一个问题，为什么月球没有像苹果那样直接坠落到地球。

想象一下，从山顶水平发射一个炮弹，就像地球上的珠穆朗玛峰一样。 球将遵循一个弯曲的轨迹，因为它向前移动，并吸引重力，同时走向地面。 发射更多的能量的大炮球，它会降落更远的山，但它仍然会遵循弯曲的轨迹这样做。

牛顿建议，如果你发射大炮球有足够的能量，它可以飞向地球，永远不会降落，因为地球将弯曲在球下，以相同的速度，球下降。 换句话说，球现在将在环绕地球的轨道上运行。
这就是月球发生的情况——它是在地球周围自由落体，但它移动得足够快，因此地球表面永远不会完全"捕获"它。 同样的原理甚至在今天也用于在环绕地球的轨道上发射卫星。

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牛顿的引力模型在预测地球上大多数行星和物体的运动方面效果很好。 事实上，牛顿的引力定律被用来发现海王星。 但有一个问题，纽敦的重力定律不能预测或解释水星绕太阳的轨道正确。 行星的轨道移动速度比使用牛顿引力定律得出的模型快。

牛顿理论的另一个问题将重力描述为两个巨大物体之间的瞬时引力。 如果一个对象移去，另一个对象会立即知道由于引力的变化而移动，而不管它们的距离如何。
例如，地球绕太阳运行，它们之间的距离为9100万英里。 让我们假设，突然，太阳消失了。 根据牛顿的引力定律，地球会立即感受到太阳消失的影响，失去轨道，并直线移动。 这种行为似乎不切实际，没有很好地解释使用牛顿的引力定律。

更重要的是，牛顿的引力定律描述了重力的影响，但没有解释重力是如何处理的。 牛顿很清楚这一点，并说：

萨克·牛顿

在Netwon关于重力的工作被提出近200年后，没有突破来解释牛顿引力定律中确定的违反行为。 1915年，出生于德国的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦通过提出广义相对论来重新定义重力。 根据爱因斯坦的说法，重力不像牛顿描述的力;相反，由海量物体创造的时空失真。 这种扭曲被感觉到为重力。

我知道这令人困惑 为什么重力不是力？ 什么是时空，失真是什么意思？

让我们试着去理解时空。 空间通常以三维长度（尺寸 1）、宽度（尺寸 2）和高度（尺寸 3）定义。 牛顿所做的所有工作都只引用了空间的三维，但爱因斯坦想出了一个叫做时间的第四维度的新思想。

为什么时间？ 假设你邀请你的朋友见面喝杯咖啡。 如果你只提到见面的地方而不提及见面的时间或时间， 而不提及地点， 会发生什么。 在这两种情况下，您将无法与您的朋友会面，因为没有足够的信息，除非您同时说出见面地点和时间。 根据爱因斯坦的说法，没有时间的空间是毫无意义的。 没有时间无法描述运动，例如，秒数。 爱因斯坦将空间和时间定义为一种相互交织的织物。 （参见下面的草图）

根据爱因斯坦的说法，当一个大物体被放置在时空结构中时;对象扭曲织物，产生与其质量成正比的曲率。 进入巨大物体时空扭曲的其他物体都将经历重力现象。 例如，太阳扭曲了周围的时空，产生曲率，而所有其他行星在太阳周围旋转并不是因为任何其他力，而只是因为它周围的曲率。

根据爱因斯坦的说法，围绕曲率移动的物体仍然沿着尽可能直的直线移动，但由于时空的扭曲，最直的可能线现在沿着球形路径移动。
例如，想象一个球滚过蹦床，它只会沿着曲线。 从球的角度来看，它总是在一条直线上移动;是时空的扭曲导致了它的偏转。

此外，光线在穿越太阳等巨大物体时会因时空曲率而弯曲。 这种现象被称为引力透镜。 在日食期间，通过测量太阳周围恒星的光线弯曲，这种行为被证明是正确的。

所以，根据爱因斯坦的说法，重力不是力。 这是时空的曲率。

我希望现在，你对重力有了很好的了解。