引力相互作用是自然界四种基本相互作用之一,指所有具有质量的物体之间通过相互吸引产生的长程力,作用范围无限且强度最弱,其经典描述基于牛顿万有引力定律,更精确的解释由广义相对论提供 [1]。
该作用在宏观尺度主导天体运动,可解释行星轨道、星系结构及宇宙膨胀等现象。影响力随距离增大而减弱,但在大质量系统中显著存在。理论上通过时空弯曲(广义相对论)或假想粒子引力子传递实现,后者尚未被实验证实 [1]。
古希腊亚里士多德曾提出物体下落速度与质量相关,伽利略通过实验否定该理论。牛顿于1687年建立万有引力定律实现数学化描述,爱因斯坦1915年提出广义相对论以时空几何重构引力理论。现代物理学正探索量子引力理论以统一引力与量子力学 [1]。
简介
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所有具有质量的物体之间的相互作用,表现为吸引力,是一种长程力,力程为无穷大。其规律是万有引力定律,更为精确的理论是广义相对论。在4种基本相互作用中最弱,远小于强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用,在微观现象的研究中通常可不予考虑,然而在天体物理研究中起决定性作用。按照近代物理的观点,引力作用是通过场(质点造成的时空弯曲)或通过交换场的量子实现的,引力场的量子称为引力子。
重力相互作用,简称重力或引力,是四个基本相互作用中最弱的,但是同时又是作用范围最大的(不会如电磁力一般相互抵销)。但当距离增大,重力相互作用的影响力就会递减。不像其他的相互作用,重力可以广泛地作用于所有的物质。由于其广泛的作用范围,当物质质量为极大,物质有关的属性以及与物质的带电量有时可以相对地忽略。
现象
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引力
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万有引力是第一种被数学理论描述的相互作用。在古代,亚里士多德建立了具有不同质量的物体是以不同的速度下落的理论。到了科学革命时期,伽利略·伽利莱用试验推翻了这个理论——如果忽略空气阻力,那么所有的物体都会以相同的速度落向地面。艾萨克·牛顿发现地心引力,进而引伸出万有引力定律(1687年),是一个用来描述通常重力行为非常好的近例。在1915年,阿尔伯特·爱因斯坦完成了广义相对论,将重力用一种更精确的方式描述——时空几何,并指出引力是空间与时间弯曲的一种影响。
一个活跃的领域正致力于用一个使用范围更广的理论来统一广义相对论和量子力学——大统一理论。在量子力学中,一个在量子引力理论中设想的粒子——引力子被广泛地认为是一个传递引力的粒子。引力子仍是假想粒子,还没有被观测到。
尽管广义相对论在非量子力学限制的情况下较精确地描述了引力,但是仍有不少描述万有引力的替代理论。这些在物理学界严格审视下的理论都是为了减少一些广义相对论的局限性,而观测工作的焦点就是确定什么理论修正广义相对论的局限性是可能的。