引人入勝的引力

大約在300年前，牛頓提出有關引力如何發揮作用的理論。他設想一個人從巍峨山岳的頂峰上扔下一件物品。這件物品若一直下墜而不受阻，就會好像蘋果一樣直跌到地面。

可是，如果人把物件向前扔去，物件就會沿著曲線掉到地面。牛頓因此推斷：假若拋得夠快的話，物件就會沿著軌道環繞地球運行。

由此推論，牛頓得以看出引力和月球與各行星的運行之間的關係：月球所以循著軌道環繞地球運行，乃是由於受地球引力所牽引的緣故；各行星依循自己的軌道運行，則是因為受太陽引力所吸引的緣故。

一條宇宙定律

經過仔細研究之後，牛頓制定了精確的數學公式去說明這條宇宙定律。簡言之，牛頓的方程式說一切物體，不論大小，都彼此牽引；牽引的力度視乎物體的質量及距離而定。

科學家雖把這些公式稍加改良，但至今仍然運用牛頓的基本公式去說明引力現象。在籌備太空探險計劃的時候，科學家尤其運用牛頓的公式；像1985年發射太空船進入哈雷彗星的區域從事探測就是個好例子。事實上，英國天文學家哈雷——牛頓的同事——就是用牛頓的理論去預告哈雷彗星的重現年份的。

牛頓有關引力的發現使他得以一窺宇宙中昭然可見的秩序，而這種井然有序的情況是憑藉聰慧的設計產生的。但他的研究卻絕非這門科學的定論。在本世紀初葉，科學家開始意識到牛頓的理論在若干方面有所不足，甚至自相矛盾。

愛因斯坦與引力

1916年，愛因斯坦發表了他的廣義相對論。他所作的驚人發現是，引力不但決定宇宙的形態，還支配了我們觀察和測量宇宙的方法。事實上，引力甚至影響到我們測量時間的方法！

我們且再打個比方去幫助我們澄清這個問題。試想像太空有如一張無垠的橡膠墊子。現在，我們把一件物體放在這張軟墊上，就會造成一個低窪或凹陷。照愛因斯坦的描述，地球、太陽和各星體就好像軟墊上的物體一樣，使太空發生彎曲。要是你把另一件物體滾在膠墊上，物體就會因前一件物體周圍的凹陷而轉行曲線。

同樣，地球、行星、恆星也依循太空中自然的「凹陷」以曲線運行。當經過宇宙中質量巨大的物體附近時，甚至光線也會轉向。此外，愛因斯坦的方程式預言，光違反引力而行時會消耗若干能量；這從光譜向紅端稍微移動足以見之。物理學家稱這種現象為引力紅移。

因此，愛因斯坦的理論除了澄清牛頓的發現所引起的矛盾外，還揭露出一些新的奧祕，幫助人明白引力如何在宇宙中發揮作用。

引人入勝的效應

由於引力能夠影響光運行的方式，所以天文學家觀察到一些驚人的結果。

沙漠的旅客久已熟諳海市蜃樓——一種見到地上水光閃爍的光學幻象。但如今天文學家已拍攝到宇宙「海市蜃樓」的照片。這是怎樣產生的呢？

遠方一件物體（科學家相信這物體是活躍的星系核，叫做類星體或似星體）所發出的光在地球視線內途經各星系。經過各星系的時候，光被引力扭曲了。雖然類星體只有一個，扭曲的光卻形成兩個或更多的類星體形像。地球上的觀察者以為光是直射向他的，於是斷定自己看見超過一件物體。

愛因斯坦的研究也將人帶到另一個引人入勝的範疇，就是和黑洞有關的問題。黑洞是什麼？黑洞和引力有什麼關係？一個簡單的實驗有助於解答這個問題。

試把一件物體拋到你的頭以上。你會留意到這件物體升到某個高度，停住一剎那，然後跌回地上。但光卻不同。光線由於運行得夠快，所以能夠擺脫地球的引力。

現在假設引力大得多，甚至大到足以阻止光逃離引力的範圍。倘若如此，就什麼東西都不能離開這件物體。這件物體本身會是看不見的，因為沒有光能離開它的引力而到達外界觀察者的眼中。因此這件物體稱為黑洞。

德國天文學家史瓦西(Karl Schwarzschild)是第一個在理論上說明黑洞可能存在的人。雖然至今仍沒有無可置疑的證據證實宇宙中確有黑洞存在，天文學家卻已定出若干個可能是黑洞的地方。黑洞也可能是類星體背後的能源所在。

引力波

基於愛因斯坦的研究，我們也可以把引力比作一個隱形的蜘蛛網，連接萬物，聯繫宇宙。這個網若受到干擾，便會有什麼事發生呢？

請再想想膠墊的比方。假設墊上的一個物體突然給別的東西推來撞去，墊所產生的振動就會干擾附近的物體。照樣，如果一顆星被猛烈「推撞」，就可能造成太空波動或引力波。剛巧途經引力波的行星、恆星或星系會經歷到太空本身的收縮和擴張，像膠墊振動一樣。

既然人還未查到有這種波動，科學家又有什麼證據證明愛因斯坦的理論正確無誤呢？最有力的跡象之一來自一種叫做二元脈衝星的恆星體系。這種星體由兩顆中子星組成，而兩者的軌道具有一個共同中心，運行周期大約是八小時。a其中一顆星也是脈衝星——它一面轉動，一面發出射電脈衝，像燈塔射出橫掃的光線一樣。多虧發出脈衝的時間十分準確，天文學家可以極精確地繪出兩顆星的軌道圖。他們發覺運行的時間果然慢慢遞減，跟愛因斯坦提及引力波散發的理論完全一致。

引力波對地球的影響是微乎其微的。且舉個例說明這點：1987年2月24日，天文學家發現了一顆超新星。（超新星是一種經歷壯觀變化的恆星，在噴發外層物質的時候射出千萬個太陽的光芒。）超新星所產生的引力波只在地球上造成氫原子的直徑百萬分之一的顫動。為什麼變化這麼微小呢？因為引力波到達地球的時候，能源已在極悠長的路途中散發殆盡了。

令人困惑

儘管知識已有長足的進步，但在引力方面仍有某些基本範疇叫科學家大感困惑。人久已假定世界在基本上說來有四種力——電磁力造成電力和磁力，強、弱二力則在原子核和引力內發揮作用。但為什麼有四種力呢？這四種力會不會全是一種基本力的不同表現形式？

近年來科學家已確定電磁力和弱力是同一種基本現象——電弱相互作用——的不同表現形式；他們也提出不同的理論以求使強力跟以上兩種力統一起來。可是，引力卻與別不同——它似乎跟其他各種力格格不入。

科學家希望最近在格陵蘭島上冰層所進行的實驗可以提供線索。他們在冰上鑽了一個1¹/4哩深的洞，並且在洞裡進行測量。測量的結果顯示引力的大小跟科學家所期望的有所不同。從前在礦井底或電視塔頂所進行的實驗也同樣顯示，有一些神祕的東西使科學家根據牛頓所描述的引力而作的預測發生偏差。與此同時，有些理論家正嘗試發展一種新的數學方法，叫做「超控論」(superstring theory)，以求把自然界的各種力統一起來。

引力——生命攸關的東西

牛頓和愛因斯坦的發現表明各天體的運行是受法則所支配的，也表明引力好像鏈一般把宇宙聯繫起來。一位物理學教授在《新科學家》週刊撰文促請人注意這些法則顯示設計的證據，說：「引力或電磁力的相對強度若有一丁點兒轉變，像太陽一類的恆星就會變成藍巨星或紅矮星了。大自然叫一切都恰到好處。從周圍的萬物，我們似乎看到支持這個見解的證據。」

沒有引力，我們根本就不能存在。請想想：引力使我們的太陽凝聚起來，維持它的核子反應，而太陽則供應我們所需的熱和光。引力使轉動的地球不斷循著軌道環繞太陽運行，造成晝夜季節的分別，並且使我們不致被拋離地球，像泥濘被拋離轉動的輪子一般。地球的大氣層得以留在原處也全賴引力。月球和太陽的引力則產生定時的潮汐，有助海洋的水流循環。

在我們內耳有一個極小的器官（耳石）。我們從嬰兒時期開始就在走路、奔跑、跳躍的時候運用這器官去感覺引力，並且學會注意平衡。太空人在太空飛行時要應付失重的情況，行動就困難得多了！

不錯，引力幫助我們在地球上過正常的生活。引力的確引人入勝。這乃是創造者的『奇妙作為』的明證。——約伯記37:14,16。

［腳注］

［第16頁的圖片］

牛頓的引力定律斷言在真空裡，羽毛會跟蘋果以同樣的速度下跌

［第17頁的圖片］

光經過引力場或其他天體時會在太空中變彎

［第18頁的圖片］

從嬰兒時期開始，耳內一個極小的器官幫助我們注意引力，保持平衡