引人入胜的引力

大约在300年前，牛顿提出有关引力如何发挥作用的理论。他设想一个人从巍峨山岳的顶峰上扔下一件物品。这件物品若一直下坠而不受阻，就会好像苹果一样直跌到地面。

可是，如果人把物件向前扔去，物件就会沿着曲线掉到地面。牛顿因此推断：假若抛得够快的话，物件就会沿着轨道环绕地球运行。

由此推论，牛顿得以看出引力和月球与各行星的运行之间的关系：月球所以循着轨道环绕地球运行，乃是由于受地球引力所牵引的缘故；各行星依循自己的轨道运行，则是因为受太阳引力所吸引的缘故。

一条宇宙定律

经过仔细研究之后，牛顿制定了精确的数学公式去说明这条宇宙定律。简言之，牛顿的方程式说一切物体，不论大小，都彼此牵引；牵引的力度视乎物体的质量及距离而定。

科学家虽把这些公式稍加改良，但至今仍然运用牛顿的基本公式去说明引力现象。在筹备太空探险计划的时候，科学家尤其运用牛顿的公式；像1985年发射太空船进入哈雷彗星的区域从事探测就是个好例子。事实上，英国天文学家哈雷——牛顿的同事——就是用牛顿的理论去预告哈雷彗星的重现年份的。

牛顿有关引力的发现使他得以一窥宇宙中昭然可见的秩序，而这种井然有序的情况是凭借聪慧的设计产生的。但他的研究却绝非这门科学的定论。在本世纪初叶，科学家开始意识到牛顿的理论在若干方面有所不足，甚至自相矛盾。

爱因斯坦与引力

1916年，爱因斯坦发表了他的广义相对论。他所作的惊人发现是，引力不但决定宇宙的形态，还支配了我们观察和测量宇宙的方法。事实上，引力甚至影响到我们测量时间的方法！

我们且再打个比方去帮助我们澄清这个问题。试想象太空有如一张无垠的橡胶垫子。现在，我们把一件物体放在这张软垫上，就会造成一个低洼或凹陷。照爱因斯坦的描述，地球、太阳和各星体就好像软垫上的物体一样，使太空发生弯曲。要是你把另一件物体滚在胶垫上，物体就会因前一件物体周围的凹陷而转行曲线。

同样，地球、行星、恒星也依循太空中自然的“凹陷”以曲线运行。当经过宇宙中质量巨大的物体附近时，甚至光线也会转向。此外，爱因斯坦的方程式预言，光违反引力而行时会消耗若干能量；这从光谱向红端稍微移动足以见之。物理学家称这种现象为引力红移。

因此，爱因斯坦的理论除了澄清牛顿的发现所引起的矛盾外，还揭露出一些新的奥秘，帮助人明白引力如何在宇宙中发挥作用。

引人入胜的效应

由于引力能够影响光运行的方式，所以天文学家观察到一些惊人的结果。

沙漠的旅客久已熟谙海市蜃楼——一种见到地上水光闪烁的光学幻象。但如今天文学家已拍摄到宇宙“海市蜃楼”的照片。这是怎样产生的呢？

远方一件物体（科学家相信这物体是活跃的星系核，叫做类星体或似星体）所发出的光在地球视线内途经各星系。经过各星系的时候，光被引力扭曲了。虽然类星体只有一个，扭曲的光却形成两个或更多的类星体形像。地球上的观察者以为光是直射向他的，于是断定自己看见超过一件物体。

爱因斯坦的研究也将人带到另一个引人入胜的范畴，就是和黑洞有关的问题。黑洞是什么？黑洞和引力有什么关系？一个简单的实验有助于解答这个问题。

试把一件物体抛到你的头以上。你会留意到这件物体升到某个高度，停住一刹那，然后跌回地上。但光却不同。光线由于运行得够快，所以能够摆脱地球的引力。

现在假设引力大得多，甚至大到足以阻止光逃离引力的范围。倘若如此，就什么东西都不能离开这件物体。这件物体本身会是看不见的，因为没有光能离开它的引力而到达外界观察者的眼中。因此这件物体称为黑洞。

德国天文学家史瓦西(Karl Schwarzschild)是第一个在理论上说明黑洞可能存在的人。虽然至今仍没有无可置疑的证据证实宇宙中确有黑洞存在，天文学家却已定出若干个可能是黑洞的地方。黑洞也可能是类星体背后的能源所在。

引力波

基于爱因斯坦的研究，我们也可以把引力比作一个隐形的蜘蛛网，连接万物，联系宇宙。这个网若受到干扰，便会有什么事发生呢？

请再想想胶垫的比方。假设垫上的一个物体突然给别的东西推来撞去，垫所产生的振动就会干扰附近的物体。照样，如果一颗星被猛烈“推撞”，就可能造成太空波动或引力波。刚巧途经引力波的行星、恒星或星系会经历到太空本身的收缩和扩张，像胶垫振动一样。

既然人还未查到有这种波动，科学家又有什么证据证明爱因斯坦的理论正确无误呢？最有力的迹象之一来自一种叫做二元脉冲星的恒星体系。这种星体由两颗中子星组成，而两者的轨道具有一个共同中心，运行周期大约是八小时。a其中一颗星也是脉冲星——它一面转动，一面发出射电脉冲，像灯塔射出横扫的光线一样。多亏发出脉冲的时间十分准确，天文学家可以极精确地绘出两颗星的轨道图。他们发觉运行的时间果然慢慢递减，跟爱因斯坦提及引力波散发的理论完全一致。

引力波对地球的影响是微乎其微的。且举个例说明这点：1987年2月24日，天文学家发现了一颗超新星。（超新星是一种经历壮观变化的恒星，在喷发外层物质的时候射出千万个太阳的光芒。）超新星所产生的引力波只在地球上造成氢原子的直径百万分之一的颤动。为什么变化这么微小呢？因为引力波到达地球的时候，能源已在极悠长的路途中散发殆尽了。

令人困惑

尽管知识已有长足的进步，但在引力方面仍有某些基本范畴叫科学家大感困惑。人久已假定世界在基本上说来有四种力——电磁力造成电力和磁力，强、弱二力则在原子核和引力内发挥作用。但为什么有四种力呢？这四种力会不会全是一种基本力的不同表现形式？

近年来科学家已确定电磁力和弱力是同一种基本现象——电弱相互作用——的不同表现形式；他们也提出不同的理论以求使强力跟以上两种力统一起来。可是，引力却与别不同——它似乎跟其他各种力格格不入。

科学家希望最近在格陵兰岛上冰层所进行的实验可以提供线索。他们在冰上钻了一个1¹/4哩深的洞，并且在洞里进行测量。测量的结果显示引力的大小跟科学家所期望的有所不同。从前在矿井底或电视塔顶所进行的实验也同样显示，有一些神秘的东西使科学家根据牛顿所描述的引力而作的预测发生偏差。与此同时，有些理论家正尝试发展一种新的数学方法，叫做“超控论”(superstring theory)，以求把自然界的各种力统一起来。

引力——生命攸关的东西

牛顿和爱因斯坦的发现表明各天体的运行是受法则所支配的，也表明引力好像链一般把宇宙联系起来。一位物理学教授在《新科学家》周刊撰文促请人注意这些法则显示设计的证据，说：“引力或电磁力的相对强度若有一丁点儿转变，像太阳一类的恒星就会变成蓝巨星或红矮星了。大自然叫一切都恰到好处。从周围的万物，我们似乎看到支持这个见解的证据。”

没有引力，我们根本就不能存在。请想想：引力使我们的太阳凝聚起来，维持它的核子反应，而太阳则供应我们所需的热和光。引力使转动的地球不断循着轨道环绕太阳运行，造成昼夜季节的分别，并且使我们不致被抛离地球，像泥泞被抛离转动的轮子一般。地球的大气层得以留在原处也全赖引力。月球和太阳的引力则产生定时的潮汐，有助海洋的水流循环。

在我们内耳有一个极小的器官（耳石）。我们从婴儿时期开始就在走路、奔跑、跳跃的时候运用这器官去感觉引力，并且学会注意平衡。太空人在太空飞行时要应付失重的情况，行动就困难得多了！

不错，引力帮助我们在地球上过正常的生活。引力的确引人入胜。这乃是创造者的‘奇妙作为’的明证。——约伯记37:14,16。

［脚注］

［第16页的图片］

牛顿的引力定律断言在真空里，羽毛会跟苹果以同样的速度下跌

［第17页的图片］

光经过引力场或其他天体时会在太空中变弯

［第18页的图片］

从婴儿时期开始，耳内一个极小的器官帮助我们注意引力，保持平衡