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引力:让我们脚踏实地的力量到底是什么?

原标题:引力:让我们脚踏实地的力量到底是什么?

来源:中央纪委国家监委网站

“让扫把立起来的基本物理学,在每一天都有效,并不只在2月10日。”针对日前在社交媒体疯狂上演的NASA“立扫把挑战”,美国宇航局(NASA)在当地时间11日做出官方回应。

此前流传于社交媒体平台的热帖——“美国宇航局说由于地球受太阳引力的关系,2月10日是对物体的引力最小,一年中唯一可以让扫把站起来的日子”,被证明并不属实。然而,这场社交媒体上的集体实验,也让人们禁不住想去追问:到底什么是引力?日常生活中究竟哪些现象真正体现了万有引力?

引力,是由两个有质量的物体相互吸引而产生的相互作用。它令人类留在地球表面,令地球保持着稳定的轨迹环绕太阳公转。在大约45亿年前,引力促成了太阳的形成。试想一下,宇宙中各种有质量的物质都在相互吸引,也就是说,你的宠物狗、地球、甚至距离地球250万光年的仙女座黑洞,都被你的引力所吸引,这是多么奇妙的一件事。

引力在我们的生活中无处不在。放在地上的东西不会随便飘起来,高处的东西失去支撑会掉下来,抛到高空的东西不出意外会落回地面,苹果会砸到树下的牛顿,长发会垂下来及腰,所有这些都是受到了万有引力的作用。人们在悼念伟大篮球运动员科比时,也会联想到引力:“一生都在与地心引力对抗的小飞侠,最终被地心引力收走了。”我们常说“水往低处流”,其原因也是水受到引力影响由高处向低处流。居住海边的人,每天都有机会看到海水的涨落,因白天为朝、夜晚为夕,按照人们对昼夜的称谓,在白天出现的海水上涨叫做“潮”,在晚上出现的海水上涨称作“汐”,海水的这种周期性涨落被称作“潮汐”。这也是因为月球、太阳等天体的引力形成的。利用潮汐现象中的巨大能量,现在人们已经在很多地方建立了潮汐发电站,这也成为利用引力来为人类造福的很好例子。

人类对引力的第一次系统认知,始于牛顿时期的万有引力定律。早在17世纪,牛顿问了一个所有人都想当然的问题:为什么苹果会掉到地上,而不是飞到天上?后来他发现了万有引力定律。根据他的发现,两个物体间的距离每上升多一倍,引力的强度就会减弱四倍(距离愈远,引力愈弱)。而且,物体的质量和引力的强度呈正比,物体的质量越大,引力的强度也越大。这解释了为什么我们能感受到地球对我们的吸引力,却很难感受到月球的吸引力。牛顿指出,不仅地球上具有万有引力,通过运行规律可以发现,木星、土星也同样围绕着恒星做相同的运动。通过万有引力定律,人类成功地预言并发现了海王星。

牛顿发现了万有引力,但他并不知道引力是如何产生的。1915年,爱因斯坦发明广义相对论,将引力描述为质量扭曲时空的几何现象。他指出,物体会使周围的时空发生弯曲,物体质量越大造成的时空曲率就越大。即使是光,经过大质量天体时,传播路线也会发生弯曲。也就是说时空曲率将产生引力。按照这个思路,爱因斯坦还提出了引力场方程。后来的黑洞以及引力波都是广义相对论中所得。在广义相对论近乎完美解释引力的同时,量子力学也在研究其他三种基本作用力,并且在上个世纪下半叶构建了以杨-米尔斯理论为基础的粒子物理学标准模型。该模型将强力、弱力、电磁力归纳到了一起,从而统一了四大基本力中的三种,但引力却始终无法与其他三种基本作用力归纳到一个理论中。根据量子力学的解释,引力是由粒子的交换所产生的。在基本粒子模型里一直有一个叫引力子的东西存在,然而直到今天科学家们也没有找到引力子。因此关于引力本质的认识和探索,还有很长的路要走。

引力让人类脚踏实地,也激发人类仰望星空。(中央纪委国家监委网站韩亚栋)

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