没有重力，我们就不存在。它提供的力使我们保持在地球表面，以及地球绕太阳运行的轨道上。
它首先是太阳系形成的原因，是太阳中所有物质的万有引力，把它们紧紧地拉在一起，使核聚变发生成为可能，为我们提供热和光。
尽管引力无处不在，但它却是宇宙中最神秘的力量之一。
重力是什么?
作为自然界的四种基本力之一——与电磁力和强、弱核力并列——引力是一种影响巨大的自然现象。
这是物质的属性。简而言之:所有物质都相互吸引。物质越多，物体之间距离越近，引力就越大。
与电和磁力不同，引力既可以排斥也可以吸引总是把事情在一起。
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牛顿的万有引力理论是什么?
牛顿曾说过，他没有一个关于引力如何作用的假说。
相反，他描述这个现象的出发点是万有引力是万有引力，这和苹果从树上掉下来使月球保持在轨道上是一样的道理。
有了这个概念，天文数据的收集和一些聪明的思想实验，牛顿能够证明只有三个因素影响两个物体之间的万有引力:每个物体的质量和它们之间的距离。
尽管他从未以这种形式写出来，但他的理论表明，万有引力遵循平方反比定律。引力的作用可以通过两个物体的质量相乘，然后除以它们之间距离的平方来计算。所以当两个物体的质量增加时，或者当它们靠得更近时，引力就会上升。
这个简单的关系足以解释几乎所有月球和行星的运动，也将是NASA计算阿波罗登月任务的安全轨道所需要的全部。
什么是等价原则?
等效原理是基于爱因斯坦所说的“最快乐的想法”。
这就是“如果一个人自由下落，他将感觉不到自己的重量”。换句话说，加速度和重力完全相等且不可区分。
我们在国际空间站看到了这种情况。空间站与地球轨道距离的引力大约是其表面引力的90%——然而，宇航员仍然可以漂浮在空中。
人们漂浮在上面的原因是他们不断地向我们的星球坠落。我们可能认为它们会撞向地球表面，但它们也在以合适的速度侧向移动，以保持失踪——这就是在轨道上的情况。
等效原理表明，当一个人摔倒时，加速会抵消他们的重量。爱因斯坦从他的快乐思想一跃而出，提出加速度和重力实际上是同一件事。
这启发了他的广义相对论，它既预测了引力，又解释了它是如何工作的。
什么是爱因斯坦的广义相对论?
根据他的等效原理，爱因斯坦能够证明有质量的物体——从原子到恒星扭曲的空间和时间。
正是这种扭曲解释了牛顿一直无法证明的东西:为什么引力能够在远距离作用。
就像被弹珠包围的蹦床上的篮球一样，更大的物体会在时空结构中产生更大的扭曲，吸引附近的物体，使它们沿着弯曲的轨迹移动。但即使是更小的物体也会有影响——我们每个人都对周围的物体施加微小的引力。
因为他采用了与牛顿截然不同的方法，爱因斯坦不得不使用一种不同的数学，一种他自己最初所知甚少的数学:弯曲空间的数学。
他还必须考虑到牛顿没有理由怀疑存在的各种次级效应，比如重力对自身有影响的惊人发现。
爱因斯坦的广义相对论方程做了牛顿方程所做的一切，预测了两个物体之间引力的大小，但因为它们描述了任何有质量的物体扭曲空间和时间的方式，它们可以做得更多。
爱因斯坦证明牛顿是错的吗?
绝对不是。牛顿的工作是描述性的:他用一个简单的数学方程来描述观察到的东西。
他的数学没有告诉我们重力是如何工作的，但作为对日常事物行为的描述，它非常有效——现在仍然如此。
爱因斯坦所做的是帮助我们理解引力的成因。
他证明了在某些情况下，典型的情况是引力变得非常强，牛顿方程不是一个足够好的近似。
在这些情况下，我们必须引入爱因斯坦来得到一个更准确的数字。爱因斯坦在作出预测时也很有用，这些预测在牛顿物理学的基本原理下是无法想象的。
我们对广义相对论有什么证据?
有大量的证据支持广义相对论。
在爱因斯坦提出他的理论之前，天文学家一直在努力解释水星轨道的一个被称为岁差的方面，即水星离太阳最近的点逐渐改变位置。牛顿的方程不能解释全部的效应，但爱因斯坦的工作做到了。
更重要的是，引力是由空间和时间的弯曲引起的这一观点也是可测试的，因为这意味着(例如)光经过一个非常大的物体时，应该沿着一条弯曲的线，通过该物体创造的弯曲空间。
这是在1919年日全食期间，当光线从太阳附近经过时首次观测到的，此后，当遥远的星系像透镜一样弯曲它们背后的光路径时，也被观测到。
爱因斯坦方程的另一个预测是，靠近一个大质量物体会使时间变慢:这就是为什么我们需要修正GPS卫星的信号，GPS卫星为我们提供卫星导航。
同样，一个实验叫做重力探测器B已经证明了一个旋转的大质量物体会像蜂蜜里的旋转勺子一样拖着周围的时空，正如爱因斯坦所预见的那样。
引力和黑洞有什么关系?
爱因斯坦理论的预测通常是通过求解他的方程的简化版本得出的结果。其中最早的一个描述了一个压缩的质量，所有的物质都在一个点上——一个“引力奇点”。
后来，人们意识到一些老化的恒星无法抵抗重力的引力，会坍缩在自己身上形成这样一个点，从而产生一个黑洞．黑洞的引力如此之强，以致于光也无法逃脱。
同样，广义相对论预言，宇宙的结构本身可以膨胀和收缩。结合观察，这已经成为我们关于宇宙如何发展的最佳理论的基础:大爆炸模型。
广义相对论也可以解释暗能量——一种似乎正在加速宇宙膨胀的神秘现象。
什么是引力波?
一个有质量的物体会扭曲空间和时间，所以如果这个物体在空间中加速，就会在它周围的时空中引起涟漪。
这些涟漪被称为引力波，并向外移动，就像加速的电子在空中上下移动产生无线电和电视的电磁波一样。
引力波，爱因斯坦在发展他的广义相对论后不久就预测到，应该会一直从大量的来源产生。然而，重力是一种非常弱的力，这意味着这些波非常难以探测。
2015年9月，LIGO实验首次观测到引力波，这是两个黑洞合并引起的时空大规模扰动的结果。
LIGO的探测器非常敏感，任何振动都必须被消除，从过往的汽车到遥远的海浪撞击海滩。
引力波之所以重要，并不是因为它们“证明了爱因斯坦的理论”——我们已经有足够的证据证明这一点——而是因为它们为我们研究宇宙提供了一种新方法，让我们回顾连光都无法到达的早期宇宙。
广义相对论能解释一切吗?
几乎可以肯定不是。
广义相对论是极其有效的,不做错的时候对日常物品的行为进行预测,但是有一些情况下,特别是在黑洞的中心,或在描述宇宙大爆炸之前的理论分解。
微小的物理被描述得非常精确量子物理学，但广义相对论和量子理论是不相容的。所有其他的自然力量都是“量化的”——分成块，而不是连续可变的数量。
他们的假设是，应该有可能发展出一种量子引力理论，使其与其他力保持一致，并产生与爱因斯坦关于更大物体的理论相同的结果。
迄今为止，最好的尝试是弦理论/ m理论和环量子引力理论，但都没有产生任何可用的预测。
引力是由亚原子粒子引起的吗?
很有可能，而且它已经有了一个名字:引力子。量子理论表示电磁力传输的一种方式是通过被称为“玻色子”的载流子流。
在电磁学中，粒子就是光子。每个粒子都是量子化现象的一个“量子”——一个块。
所以如果引力是一种量子效应，我们假设会有一个引力子作为它的载体。然而，不要指望大型强子对撞机(Large Hadron Collider)很快就会出现这种情况。引力子不太可能以一种可检测的方式与另一种粒子相互作用，因此目前还没有切实可行的实验可以发现它。
存在反重力吗?
据我们所知没有。与电磁学不同，引力是单向效应——它只是吸引。我们可以用其他力来抵消重力;你每次捡东西都是这样。
当反作用力是看不见的电磁力时——比如物体漂浮在磁铁上——它看起来特别令人印象深刻，但它不是反重力。
我们也不知道有什么方法可以抵御重力:重力会穿过一切物体。如果我们能让重力停止运行，我们就能制造一台永动机并产生自由能量。在水轮桨的同一侧涂上屏障物质。
方向盘一侧的桨叶将裸露的一侧面向地球，因此将感受到地球的引力，而另一侧的桨叶将屏蔽重力。所以只有轮子的一边会被向下拉，它会永远转下去。
发现反引力的一个小机会是，反物质可能被普通物质的引力排斥。
欧洲核子研究中心的科学家们很快就会有足够的反物质来验证这一点，但大多数物理学家认为它的行为会像普通物质一样。
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作者
布莱恩是科普书籍的作者，有实验物理学的背景。他写的主题从无穷到如何建造时间机器。他还为许多杂志和报纸定期撰写专栏、特写和评论，并在伦敦皇家学会、牛津大学和剑桥大学以及切尔滕纳姆科学节上发表演讲。
