# 第 7 章 万有引力理论
# 行星运动
在这一章中，我们将要讨论对人类智慧影响最为深远的通则之一的引力定律。当我们现在赞颂人类智慧的时候，应当先停下来向大自然表示敬畏之意，因为她能如此完整而普遍地遵循引力定律这样一个出奇地简单的原理。
那么什么是引力定律呢？它指出，宇宙中每一个物体都以一定的力吸引着每一个其他物体，而对任何两个物体来说，这一力正比于每一个物体的质量，而反比于它们之间距离的平方。这个陈述数学上可以用下列式子来表示：
# 开普勒定律
开普勒首先发现，每个行星沿一条称为椭圆的曲线绕太阳运行，而太阳处在椭圆的一个焦点。
开普勒的第二个发现是，行星并不以均匀速率绕太阳转动，而是当它们接近太阳时跑的较快，远离太阳时则跑的较慢。
开普勒第三定律发现得较晚；这条定律与前两条不同，各属于不同的范畴，因为它不是只设计单独的行星，而设计一个行星与其他行星之间的关系。这条定律表明：如果把任何两个行星的轨道周期和轨道大小进行比较，则周期与轨道大小的 3/2 次方成正比。
# 动力学的发展
当开普勒发现这些定律的时候，伽利略正在研究有关运动的定律。当时的问题是什么东西驱使行星在天上转动。有关运动方面，伽利略发现了一个非常值得注意的事实，这个事实对于理解开普勒定律是必不可少的。这就是惯性定律——如果有某个物体在运动，但没有和其他东西相碰撞，也完全不受任何干烧，那么它将沿一直线以均匀速度永远运动下去。
牛顿使这个观念更加明确。他说：“改变物体运动的唯一方式是要对之用力。”如果一个物体的速率变大，就必定有一个力施加在物体的运动方向上。另一方面，如果物体的运动方向改变，那么它必定受到一个斜向的力的作用。
有惯性原理可知，控制行星绕太阳运动所需的力不是一个绕太阳而是指向太阳的力。
# 牛顿引力定律
牛顿凭借他对运动定律的精辟理解，意识到太阳可能就是支配行星运动的那些力的源头所在。结合开普勒定律二三定律，牛顿推断说，必定存在一个力，它的大小反比于两个物体间距离的平方，方向则沿着它们间的连线。
作为一个对事物普遍性有非凡感悟力的人，牛顿当然要假设这个关系可以更普遍地加以应用，而不只限于太阳拉住行星这个事实。他提出，这类力是一个普遍存在的力——每个物体都吸引任何其他物体。
引力定律解释了许多以前所不能理解的现象。例如，月球对地球的吸引造成了潮汐，直到那时为止还是一个谜。
# 万有引力
# 卡文迪什实验
# 什么是引力
然而这条定律确是如此简单吗？它的机制是什么？我们所做过的一切，不过是描写了地球怎样绕太阳运行，但是我们没有谈到是什么东西在使它运动。
# 引力与相对论
另一个值得讨论的论题是爱因斯坦对牛顿引力定律所作的修正。尽管牛顿引力定律创造了所有这些惊人的成就，但仍然是不正确的！爱因斯坦对它所作的修正，在于把相对论考虑了进去。 依照牛顿的观点，引力效应是瞬时发生的，也就是说，如果我们移动一个物体，那么我们就会立即感受到一个新的力，因为物体到达了新的位置；按照这种说法，我们可以以无穷大的速度发送信号。然而爱因斯坦提出了种种论证，说明我们不能发送比光更快的信号，所以牛顿必定是错误的。
在考虑到延迟情况而加以校正后，我们得到一条新的定律，称为爱因斯坦引力定律。这条非常容易理解的新定律的一个特点是：在爱因斯坦相对论中，任何具有能量的东西也具有质量，即使是光，由于它有能量也就有“质量”。当一束带有能量的光经过太阳附近时，它将收到太阳的吸引。
另一方面，为了物理理论的内在一致性，重要的一点是研究一下牛顿定律经修正为爱因斯坦定律以后，是否还可进一步加以修正，使之与不确定性原理相协调。到现在为止，还没有完成这最后一个修正。