引力是如何产生的？

引力是如何产生的，或者说引力的本质是什么？

目前科学界的主流观点认为，引力的本质是时空弯曲，这一观点来自爱因斯坦的广义相对论，并且经过了非常多的天文观测证实，还在理论上起到了很好的预测作用。

在人类对引力的认识过程中，主要出现了三大理论。下面分别介绍一下。

牛顿经典引力理论

据传，因为一个苹果掉下来砸到牛顿的脑袋，牛顿因此悟出了万有引力定律。世间一切物质都存在相互吸引的作用力，这就是万有引力。万有引力的大小，除了与两个物体的质量有关，还与两个物体之间的距离有关。这是经典力学中关于引力的描述。

在牛顿的理论中，他认为时空是平直的，并且不管距离有多远，引力的作用都是瞬间完成的。现代物理学研究表明，牛顿的引力理论是广义相对论的一种局域近似，它只适用于弱引力场环境。

牛顿的引力理论对于预测天体运动已经很精确了，比如，天文学家利用万有引力定律预言了海王星的存在。不过在解决某些问题时，却遇到了困难，比如水星近日点进动问题。

爱因斯坦的引力理论

1915年，爱因斯坦在狭义相对论的基础上正式完成广义相对论，将引力解释成时空弯曲，认为时空与物质的关系十分密切。而在牛顿的理论中，时空与物质无关。因此，广义相对论认为引力并不真实存在，只是一种时空弯曲效应。

该理论将时空几何化，存在于三维空间中的物体能够使空间乃至时间发生弯曲，这就是时空弯曲。如下图所示：

有质量的物体能使时空弯曲，质量越大，时空弯曲的越厉害。并且单位空间中包含的质量越多，该区域的时空曲率也就越大。引力相互作用的传递速度与光速相当。广义相对论中最重要的方程便是引力场方程，它描述了物质与时空的关系。

广义相对论不仅解决了水星近日点进动（物体在强引力场中运动）的问题，还得到了很多实验支持，比如光线在引力场中的弯曲，光谱线的引力红移等。此外，广义相对论的很多天文预测也已经被证实，比如黑洞，物质在时空中运动时会激起涟漪形成引力波，引力对光线的弯曲会形成引力透镜等。广义相对论的诞生对现代天文学的发展起到了很大的作用。

上图为人类拍摄的第1张黑洞照片

量子引力理论

量子力学和相对论是现代物理学的两大支柱。量子力学致力于研究微观世界中物质的运动规律，其研究结果得到了实验的精确支持。量子力学试图将引力量子化，但却并没有获得成功。

世界是物质的，物理学家认为自然界中存在4种基本作用力：电磁力、强力、弱力、引力。量子力学与狭义相对论、经典场论结合，形成了量子场论，并在杨米尔斯理论的基础之上发展出了标准模型理论，成功的将前三种力统一，可却迟迟不能将引力纳入其中，即量子力学与广义相对论不兼容。

科学家们发现，电磁力、强力、弱力都是通过交换粒子（规范玻色子）形成的，故而提出了引力子的概念，并预言了该粒子的性质，可是至今也未在实验中发现引力子。在量子力学中，粒子被定义为质量为0、自旋为2的玻色子。

量子力学虽然未能解决引力的问题，但是却解决了质量的起源问题。科学家认为，时空中分布着希格斯场，并通过希格斯机制赋予这些粒子质量。目前，科学家已经成功在实验室中观测到了由希格斯场激发的希格斯粒子。

不过，目前科学家们并没有放弃引力量子化的诉求，因为万有理论实在太诱人。超弦理论是目前最有希望的理论，它兼容了量子力学和广义相对论。

结束语

通过上面的介绍，相信大家已经知道，目前关于引力的本质，由于量子力学和广义相对论不兼容，这意味着还有很多问题有待解决，应该需要一个全新的理论兼容量子力学和广义相对论。不过这并不意味着量子力学和相对论是错误的，如同相对论并没有推翻牛顿力学一样。特别是现在对暗物质和暗能量知之甚少。

不可否认，现有的实验证据表明，广义相对论是目前最为精确的一个引力理论，并且有很多重要的应用。目前，时空弯曲是关于引力的最好解释。

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