Question

引力是如何产生的？

Answer 1

两粒原子，即使相隔十万亿亿亿光年的距离，它们之间也是存在引力的！这是宇宙的恒定规律！那麼，为什麼两粒原子之间有引力？探讨这个问题前，我们不妨先设问一下，为什麼两个原子之间只有引力却没有斥力？另外，什麼物质之间无论距离多远都只有斥力而没有引力？这两个问题几乎难倒了所有生活在三维世界的智力动物！我们在地球上几乎绝对找不到这种无论离多远之间都有斥力的物质！对这种问题，人类（包括霍金）也只能设想 猜想和联想 ！

于是，我更加大胆地猜想了：在银河系内，都没有和我们可见物质之间只有斥力而没有引力的物质！甚至在银河系外由千亿万星系组成的宇宙都没有这些物质，这是因为，我们的可见宇宙，都是引力作主导的宇宙！那麼，以斥力为主导的另一个宇宙究竟在哪里呢？

回想起来了，当年宇宙从一个奇点＂·＂爆炸产生宇宙前的保持一个奇点的瞬间，那是一个一维世界，它的内部就是以斥力为主导的一维世界，在这奇点内只有斥力而没有引力！所以它才拥有如此之大的能量，因为一维世界没有时间轴，所以奇点一爆，爆炸的物质扩散速度是无限的，所以几乎半秒不到，宇宙就形成如此浩渺的巨大！于是关键来了，当宇宙变成三维后，一切物质之间突然有了引力了…

于是，我得出结论，一维空间里，物质之间是充满斥力的！三维空间里，物质之间是充满引力的！引力和斥力是相对立且互相因为维度不同而互相转换，都是神秘的自然宇宙所自然赋予的！你不要都不行 ，

引力是什么，人类思考这个问题长达2000多年了。要讲明白这个宏大的命题，我们先从一个传统的争论入手，以便同学们热热身。
牛顿和爱因斯坦的引力之争
牛顿发现万有引力后，从名字大家应该可以理解到，引力不用管如何产生，因为它“万有”！上帝只需要在最初一刻推动一下天钟，宇宙星辰就在牛顿的宇宙中恒久不变的运动了。简单的说，大家普遍认为引力无处不在，而且传播是不需要时间的。

爱因斯坦不信这个邪，“只有真空光速不变才是唯一的绝对！其他一切都可以改变！”在广义相对论的宇宙中，空间被掰弯，时间被拖慢，引力自然也不例外。按“相对论”的高逼格引力被重新表述：质量发生变化，导致时空结构改变，时空结构的变化将以“波”的形式传播。

简单的说：引力以光速传播。这就是引力波的概念。
初判高下：宇宙双星系统实验
按照牛顿的经典物理：两颗质量不变的星星，相互绕着旋转，轨道半径是不会有任何变化的。

但按照相对论引力波的理解，两颗旋转的星星，忽远忽近，使得引力忽大忽小，并以光速对外传播，这种“引力辐射”使双星的能量不断降低，进而导致双星运行轨道变短。

这就好办啦，宇宙早就为我们准备了一个完美的“引力实验室”——脉冲双星。

1974年阿雷西博射电望远镜发现了一对脉冲双星，编号PSR1913+16，按照引力波的预言，这对脉冲双星因为引力辐射损失能量，应该会导致公转周期每年减少百万分之75秒，并在3亿年后合并。

天文学家持续进行了多年的观测，最终，根据脉冲变化规律计算得：公转周期每年减少百万分之76 2秒，半长轴每年缩短3.5米，与相对论预言极其吻合！

这是首次对广义相对论最精确、最全面的检验！第一回合，爱因斯坦获胜。
引力波直接测量原理
脉冲双星虽然提供了有力的间接证据，但毕竟不是直接测量。大家一合计，不如来一次面对面测试吧。

引力波探测的原理异常简单。前后放两块板，如果引力是瞬间传播的，那么这两块板会同时感受到引力，同时产生轻微的位移，两者间距不会有变化。如果引力是光速传播的，那么前面的板先感受到引力，先产生位移，此时后面的板尚未感受到引力，所以两块板的间距就会发生变化。

简而言之：如果好端端的两块板，突然平白无故的移动了一下，我们就认为探测到了引力波。
爱因斯坦的胜利：LIGO
道理不复杂，做起来可一点不简单！引力波引起的移动，可能只有千分之一质子大小的距离。我们要测量到这种尺度的位移，才能有本事揭开引力波之谜，不说了，上硬菜——激光干涉引力波天文台（LIGO）！

先把一束激光分成2束，按相互垂直的方向发射出去，在各自顶端放一个反射镜。每个管道长4km，激光来回反射50次，最后两束激光形成干涉条纹。当引力波经过时，两个反射镜会先后受到干扰，先后产生位移，间距也就变了一下，干涉条纹就会发生变化。

为了信号的可信度，特别在远处再造一个一模一样的装置，两台LIGO相距3000km。这样可以避免任何地球本身的振动，对测量产生影响。而来自十几亿光年之外的引力波，哪怕是相距3000万km，引力场也是非常均匀的，两台LIGO的测量波形将完美吻合。

美国总共花费5.6亿美元，耗时16年，终于得到了如下的成果：

这个引力波来自十几亿光年之外的两个黑洞相撞，两颗黑洞的初始质量分别为14.2颗太阳和7.5颗太阳，合并成了一颗20.8倍太阳质量的黑洞，亏损的0.9颗太阳质量以引力波的形式释放到宇宙空间。如此巨大的能量，让我们目睹了0.25秒的琴弦扰动。

胜利属于爱因斯坦的宇宙。
引力到底是什么？
引力，仿佛亘古不变，不可屏蔽，不会转向，执着的以恒定光速向外传播，和其他三种基本力完全不同。

引力也是目前为止我们这种三维空间生物超越时空的唯一希望。例如，面对黑洞，时空物理规律都被破坏，唯独引力一如既往向外传播，连黑洞都被它无视。

可惜，原理机制仍旧是瞎。但好歹爱因斯坦为我们指明了方向。
结语
我们好像知道了很多，其实我们或许根本一无所知。能够触摸到宇宙最深奥秘的边缘，人类必须全力以赴。

我是猫先生，感谢阅读。

施郁

（复旦大学物理学系教授）

引力又叫万有引力，也就是说，所有物质之间都有引力。可以用两句话总结：“物质告诉时空如何弯曲，弯曲的时空告诉物质如何运动。” 这是广义相对论的精髓，基于等效原理，即引力和加速的等效。一个例子是，自由下落的人感受不到引力。

所以，所谓一个物体受到引力，是因为它所处的时空的弯曲使得它的运动偏离平直时空的情形。而这个弯曲，又是因为其中的物质。 所以可以说，引力的产生，是因为时空中的物质的存在。

因为质量与能量的等效关系，任何能量就导致与其他具有能量的物质之间的引力。

微观粒子之间的引力可以忽略不计，但是质量巨大的天体乃至整个宇宙是由引力主宰的。

时空弯曲的极端例子是黑洞。黑洞的时空弯曲如此之大，连光都不能逃逸。

在量子场论中，相互作用由媒介子传播，它们是相应的场的量子。如果引力能够在量子场论范畴内讨论，那么引力也可以看成由引力子的交换产生，正如电磁力由光子的交换产生。 引力子是没有质量的，因为引力传播的速度是光速。 但是这个方法中，理论不能被重整化。 更加受欢迎的理论是量子引力，包括弦理论和圈量子引力。 前者试图将引力与其他相互作用统一起来。但是量子引力效应只有在普朗克尺度才会表现出。这也只是理论构想。