引力是谁发现的

为什么说引力的本质是时空的弯曲，而我们所谓的引力其实并不存在？早在十七世纪，牛顿受到苹果落地现象的启发，开始思考宇宙冥冥之中似乎有一种力让所有的物体之间彼此相互吸引。对此，他提出了一个思想实验，假设在地球上的某个山顶上安装一门大炮， 发出一枚炮弹，他会一个抛线的轨迹落回到地面，其落地点的距离会随着初始速度的增加而变得越来越远。牛顿在对抛物线进行分析后发现，被发射的炮弹同时具备两种运动，第一种是水平方向，凭接惯性的匀速直线运动，而另一种则是垂直向下的自由落体运动。 那么如果炮弹的初始速度足够大，他会不会可以刚好围绕地球一圈呢？在通过计算后可以得出，在不考虑空气阻力的前提下，当炮弹的速度达到每秒七点九千米时，其自由落体的运动 刚好与地球表面的区域重合，那么炮弹将会一直不停的绕着地球做匀速圆周运动，永远也不会调回到地球上，这个速度的临界值就被称为第一宇宙速度，而月球绕地球的运行也同样受到这种力量的支配。牛顿把这种神秘的力称为引力。引力的大小取决于两个最基本的因素 及物体的质量和他们之间的距离，而牛顿的思考并没有就此结束。既然苹果与地球之间存在引力，月球与地球之间也存在引力，甚至地球以及所有的行星围绕太阳旋转，也都是因为受到太阳引力的作用。 也就是说，宇宙中任何有质量的物体都存在引力，物体的质量越大，其自身的引力也就越强。牛顿也自此总结出了宇宙的最基本规律，集万有引力定律，并在一六八七年完成了人类自然科学史上最重要的著作自然哲学的数学原理。 牛顿的经典力学直接改变和影响了此后数百年的人类与众观。至此，星空似乎变得不再神秘，一切可观测到的天文现象都能够用数学的方式准确无误的计算出来。当时的人们甚至认为，人类几乎已经掌握了宇宙万物的运行规律， 只要知道一个物体的初始状态和受力情况，就可以推演出他过去和未来任意时刻的运动状态，例如行星绕恒星运行的轨迹，以及日时和月时的准确时间等。但万有引力定律自始至终并没有解释引力的物理本质是什么，并且后来人们还发现水星运行轨道的变化和万有引力公式的计算数据不符， 这也让人开始怀疑万有引力公式的正确性。直到二十世纪，爱因斯坦提出了著名的广义相对论，这个持续了百年的疑问才得到了解决。爱因斯坦认为引力其实并不存在，他只是时空弯曲的一种表象。

南京大学呢，有一个诺奖级的成果刚刚发布啊，说野粒子可能被发现了，那或者爱因斯坦错了吗？物理学真的会迎来大一桶吗？先说结论啊，南京大学杜连杰教授带领的这个国际团队，首次看到了，应该是可能是野粒子的这个身影。 如果引力子的真身后续被证实，那这个远远不是一个一般诺奖这么简单，因为理论物理的终极问题之一啊，也就是引力之谜 将被解开。那么什么是引力呢？就是我们其实已经证实了这个引力波，他的实质也就是跟我们的光波一样，依然是玻璃二象性的光子组成的光引力子组成引力这样 爱因斯坦过去认为引力是一个石头弯曲的几何属性的，这个假说就被皱纹。当然啊，在这一刻说这个还为时畅早。但无论如何啊，我们要为男大 团队点个大大的赞。每一个领域其实都有自己所谓的终极问题啊，比如说在生命科学领域，像生命权、意识权这样的问题呢，就是终极问题。 在物理学当中，除了宇宙起源以外，包括你，比如说黑洞里面有什么暗物质，暗能量又是什么，这样的问题也都算。还有一个呢，就是包括爱因斯坦在内的很多物理学家毕生追求的大一通理论。 什么叫大一统理论呢？简单理解啊，就是宇宙当中的这些物质的相互作用，或者叫力学，应该是同一个宇宙，同一个规则。 你可能会问了，这难道还不是吗？感觉算是，但科学家们却还在苦苦挠头，我们所处的这个真实的事情啊，从宇宙到基本的例子，虽然尺度不同，但是他的运 鞋呢，基本上离不开四种。我们说基本作用力，包括强相互作用力、弱相互作用力、电磁力，还有引力。您可能又问了啊，我遇到的力远远不止这四种，你比如说什么压力啊，拉力啊，推力啊，弹力啊，范德华力、洛伦兹力，包括重力， 其实一归类，都是这上面提到的四种基本作用力的具体表现形式。以类不用说了啊，我们想想牛顿的苹果就懂了，或者你跳一下为什么会落在地上。引力的作用， 强弱相互作用，我们是感受不到的，因为他们的作用距离很短，都是在原子之内的力，所以也叫强弱合力。一句话，平时你能感受到的力，除了引力以外，都是电磁力。但就说这四种力吧，目前就分成两派啊，前三个达成了一致，引 力却还在特立独行。就这样啊，同时真实存在的两套系统，却像油和水一样，无法将在一起，没有办法兼容的主要原因就是这个引力实在是太特殊了。相比于很多数学家啊，喜欢对称之美，物理学家呢，则孜孜不倦的追求统一。 当然，就拿前三种力的统一，这个过程也不是一蹴而就的。这个统一的过程前后也是四百多年的时间，应该说贯穿了整个的科学革命。 一六零九年啊，在十七世纪初啊，开普勒用刚刚发明的望远镜，通过他不懈的观察和记录，就提出了描述行星运动的开普勒三大定律。但这个时候开普勒本人，他并不知道三大定律之间的一个关系，直到牛顿提出了外有引力定律，从本质上 解释了开不了三大定律。第一次，他应该说是把天上的和地上的这个物体的运动规律给统一掉了。一六八七年，凭借着万有引力定律，包括牛顿三大定律，牛顿发表了自然哲学的数据原理，整个经典物理学的摩天大楼，应该说正式开始奠基了。 到了一八六五年，麦克斯伟提出了麦克斯伟方程组，完成了电和磁的统一。到了一九五四年呢，大家熟悉的杨振宁和米尔斯通过对电磁相互作用进行分析，把电磁相互作用和弱相互作用统一到一个新的理论当中，叫做杨米尔斯理论。 这算是二十世纪下半夜极其重要的物理突破，也是为什么杨振宁被称为是当代最伟大的物理学家之一的这样的一个原因。此后呢，在这个基础上又提出了规范场论，在 量子力学的框架下，成功的把电磁相互作用强弱相互作用统一到了一个模型当中，这个就是我们现在所说的标准模型。这样的话呢，这四个力学就只剩引力还没有被统一进来，引力至今依然还是在特立独行，和其他的三种力，就像水和油一样无法兼容。 但对科学家来讲呢，问题越难，就越有动力。其实早在标准模型建立的几十年之前，也就是广义相对论提出后啊，爱因斯坦就尝试把这个电磁项目作用统一到广义相对论当中， 比十呢，因为强强的作用还没有被发现，所以爱因斯坦一度是非常乐观的，他认为电磁力和引力是比较相似的。首先，他们不像强二力啊，都是短距离，他们都是长距离的这样一个作用，而且都符合他们的这个力的大小和距离的平方是成 反比的这个规律。然而，爱因斯坦直到去世，也没能够把电磁力给纳入到广义相对论当中，为什么不成功呢？这里面有两个基本原因啊。首先数学原因，因为在广义相对论当中，宇宙是无限可分的，他是连续的， 而量子力学的宇宙是不连续的，他是有最小单位的，这样一份一份的，我们所谓的葡萄格长数，也就是约束，这个 除了数学原以外。其次是物理原因，广义相对论呢，是属于经典确定理论，也就是说，比如说状态 a 是确定了，就可以推导出确定状态的 b， 这就是爱因斯坦经常说啊，上帝不仍是矮子， 但是量子力学理论是不确定性，由状态 a 到状态 b 是不可预知的，是随机的过程。这就是博尔反博。爱斯坦的上帝不仅认骰子，还把这个骰子扔到你看不到的地 地方。这两点就决定了啊，从广义相对论出发来统一电磁力和引力啊，基本上是不可能完成的任务。尽管如此的，爱因斯坦对引力的研究贡献是巨大，早在一九一六年，他就预测出了引力博士存在 一百年以后呢，人类通过野立波天文台 lego 终于获得了这些野立波的直接证据。 二零一七年呢，对引力波的研究拿到了诺贝尔物理奖。你看啊，一个引力波从假说到证明整整一百年， 问题是什么？还是引力波的这个实质到底是什么？我们一般看很多科普的时候，我们会说引力波的产生是由超大质量的天体，你比如说黑洞啊，周子星啊，他们这样的所造成的一些时空弯曲有点像，比如说一个平静的湖面，你哐往里扔一个大石头，那么 传递出来的涟漪就类似引力波。但之所以有涟蚁，是因为你是只有水分子的存在。那么引力的传递通过什么介质呢？十九世纪的时候呢，科学家认为宇宙当中啊，充满了所谓的乙态， 那后来证明其实没有。二十世纪初，当光的玻璃二象性被证实以后，我们才真实的知道，原来事件还能这样啊。光既是玻，又是粒子，那么是否引力波也可以理解为玻璃二象性呢？光是光子组成的，引力就应该由引力子组成的，这样的一个模型也很早就被提出了。 好了，我们终于可以讲今天的主题了，如果不铺垫呢？也真是怕大家不明白这个发现的意义到底是什么。南京大学的团队现在发现了非常结局，引力子的真实存在。就在两天前，二零二四年四月二十八号，南京大学物理学院的杜玲杰教 和国际童话一起在量子物理领域取得了重大的进展，他们首次观察到了引力子在凝聚态物质当中的投影。那相关研究的论文呢，已经发表在了国际顶刊自然杂志上。 凝聚肽其实是物质的一种状态，就像固态器肽、液态，还有等离子肽，那第五肽和第六肽其实都是这种凝聚肽， 但刚才又提到了什么叫发现了投影。我们这么举个例子啊，一队人在山里走夜路，我们是看不到，但如果这个队伍都打了手电，那我就知道这个队伍在哪里了。这些手电的光不是你的真身，但却告诉了位置、速度和人数。 当然，打手电的也可以是机器人，他未必是人是吧？这就是说，以粒子的真实身份，还带于后续的发现。当然，这个实验可不像打个手电这么简单，这是在极端条件下完成的。我看了， 需要他的这个介绍啊，这个条件有多极端呢？这可以说是相当极端，比如说他要极低温，温度仅仅比我们知道的绝对零度高零点零五摄氏度，也就是零下二百七十三点一度，想想这个东西的保温难度。 同时他实验的磁场强度是十个特斯拉就十个 t， 这是地球平均磁场的十万倍啊。我们一般去医院里面做一个，比如说磁共振，也就是三个 t， 最高不超过七个 t。 所以杜玲杰是这么描述这个原创设备的，把它理解成一座两层高的显微镜，依靠这个利器呢，团队成功的在生化加半导体量子井当中观察到了分数量子或者效应引力子， 并从他的自选动量、能量三个角度确认了相关的实验证据是符合之前提出的野粒子模型的。可以这么说啊，不管从实验技术还是从基础物理的创新的这个角度， 这都算是一个了不起的原创性突破。还是那句话啊，公寓善其是必先利其其。开普的用了望远镜才总结出天地运行的规律，而科学家是用了 lego 天文台才看到了引力波。今天的男大团队则用了超级显微镜看到了这个野粒子的投影。 此外呢，这个科技组除了南京大学作为牵头以外，哥伦比亚大学，包括普林斯顿大学也都有智力和样本的贡献。这又让我们看到了国际合作的魅力，科学无国界，知识就应该被人类所共享，我们也盼着中国的科学家能有更多的原创性贡献。 好了，最后，您认为杜林的教授发现的这个是不是真的野粒子的投影会不会因为这个重大的发现而获得诺奖呢？欢迎留言讨论。

假设这是一个时空平面，当我们放置一个大质量物体时，便会发现平面开始向下凹陷，并会扭曲周围时空的几何形状，使一切较小质量的物体全都拉向其中心，最终发生碰撞。 这便是爱因斯坦广义相对论中的时空扭曲。之所以两个物体间存在所谓的引力现象，是因为重力场扭曲了他们之间的四维时空，而并非是真正意义上的引力。 同时，时空扭曲还会使物体的运动轨迹发生偏移。如果我们给小质量物体施加一个初始速度，当大于逃逸速度时，物体将按照非约束轨道运行。 当小于逃逸速度，物体将遵循着椭圆轨道运行。宇宙中一切大质量天体都会扭曲其周围的时空，这也解释了为什么卫星会围绕行星公转，而行星也会围绕着恒星公转的原因。 那么，为什么太阳系的所有天体都会以同一方向围绕太阳运行呢？其实早在五十亿年前太阳形成之初，其周围并非是我们如今所见到的八大行星，而是拥有近百颗小行星在随机运动，并在数亿年的相互碰撞中，不仅逐渐消除了运动的随机性，更是逐渐聚集成为更大的行星， 最终在太阳的强大引力下，形成了一个具有规律运动的恒星系统，并全部按照逆时针运行。

引力真的存在吗？为什么一朵五十万公斤的云能从天上飘却掉不下来呢？你应该从小就听过那位物理学家牛顿被苹果树上掉下来的苹果命中，后来他的脑袋就像开了光似的，直接搞懂了万有引定律。一六六五年 牛顿的万有引力定律石锤，引力和物质，这两者是并存的，或者说有物质就有引力，不单单是地球有引力，一切物质之间都存在引力。这么一说， 那我们的地球为什么会有引力呢？从地球的形成过程来看，这一颗蓝色星球其实就是万有引力的作用下，通过物质威力互相吸引、不断凝聚等性质，从而累积演变而成的。所以从这个角度来说，地球是靠引力起源的。 从地球自身的能力来看，本质上来说，地球是一个有着很强磁力的球体，正因如此，地心才会自然而然的产生巨大的引力，将地球上的所有物质牢牢牵制着。 从地球的运转规律来看，你会发现引力更加神奇。之所以这么说，是因为在地球绕着地轴自转和围绕太阳公转的过程里，得益于地球自身和地球与太阳产生的作用，从而使得地球有了引力， 这种力甚至可以与太阳的引力搏一搏，他能让地球不被太阳的引力带走，从而走错了路。你应该知道，太空中人类会处于失重状态，那是因为这个时候地球对人的引力已经变成了人绕地球转动的向心力。此时的那个人就像是卫星，但他仍 拥有引力。我们知道，宇航员在太空中处于失重状态的时候，就无法控制自己的下一步行动。所幸的是，地球上的引力约束使得地球上的一切都显得井然有序。如此看来，日常生活中引力是存在的， 并且这引力是因为重量才诞生的，或者说只要有质量就会产生重力。顺带告诉你，牛顿这个人很不想谈论万有引力的原因。关于引力从何而来的问题，牛顿也不知道， 但是无论牛顿能不能回答，引力的产生必定有一个原因。爱因斯坦就很希望自己能解决这个问题，他在最初的时候也和牛顿一样，走在正确的一条路上， 等效原理就是他提出的得意之作。但不知道为什么，后来爱因斯坦居然得出了一个很玄妙的结果。相信看到这里，你们会坚信 引力这种东西确实存在。但矛盾的是，爱因斯坦的广义相对论却说他认为引力根本就不存在，那个其实是时空的弯曲。这是怎么回事？两位科学伟人的结论又要打上一架了。 说句实在的，其实他们两个人说的都没毛病。我不知道你是否知道一加一不等于二的理论，那上面说的那个问题就是这个问题的另一个版本。比方说我把一本物理书和一本相对论丢给你，可 那本物理书你看懂他可能只需要七天就行了。但同样是物理书的相对论，恐怕正常人花七年都未必能看懂。那这相对论究竟是怎么解释盈利的呢？ 简单来说，在近代以前的那些人看来，牛顿的万有引力公式是正确的，但是爱因斯坦广义相对论却直接将引力现象理解为大质量引起的时空扭曲， 从而让人们将引力这一概念取消了。不过他也确实更符合后期人类的观察结果，所以让人们觉得他的这种理论比牛顿的万有引力论更先进、更真实。这就不得不提到引力波这一概念了。 所谓的引力波，本质上来说是一种基于了相对论的推论，比方说宇宙里发生了一场巨大的质量改变时，可能是超新星爆发之类的事，那个时候就会促使改变了周星周遭的时空 垂直产生变化，这一变化又扰动更外围的时空，如此一来就会让引力的改变呈波转向诺大的宇宙空间散去。 根据这一理论，我们能发现引力波的船不需要时间，并且他的速度不会超过光速。但是根据传统的牛顿万有引力论来看，质量的变化导致的引力改变不需要时间就能发生效果。简单来说就是如果说太阳现在消失了， 按牛顿的意思来看，地球的运动状态就会立刻发生改变。而我们刚才提到的引力波理论则认为，至少在八分半的时间里，地球都不会因此受到任何影响，毕竟没有任何信息的传递能快的过光速。 但从另一方面来看，虽说爱因斯坦的相对论确实被指明先进于牛顿的万有引力论，但是从通常的物理学来看，人们使用的仍然是牛顿的公式，这是因为在很大的范围里，牛顿的公式都具备了很高的准确性。相比之下，相对论的计算方法显得太过复杂了，以至于他很难得到广泛的应用， 也能说在通常的标准下，牛顿提出的理论能经得住事实检验，并且也能帮助人们做出较准确预言的理论，所以也可认为是正确的。以上这些就是本期视频的全部内容了，当然，你们的每一次点赞转发都会加快我的更新进度，我们下期再见，记得点赞关注哦！

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但是为何牛顿只是把这个引力用数学方式表达出来，就立即让当时所有科学家折服呢？这是因为牛顿之所以伟大，并不是因为发现了引力，而是发现了这种引力是万有的。也就是说，太阳吸引行星的力量和地球吸引物体产生的重力其实属于同一种力。而这意味着， 原来天上和地上竟然遵循的是同一个物理规律，而具有牛顿的万有引力。人类飞出地球的梦想终于有了理论的知识，因为假设你在地球上架起一座炮弹，当你给炮弹推理较小时，炮弹很快就会落地。但是随着你不断增加推力， 炮弹会在某个速度下持续围绕地球旋转，并且不再落地而戒油。这个原理，人类终于能向外太空发射火箭，甚至载人航天直接登陆月球，并且把探测器发送到太阳系外边缘处去探索宇宙更为遥远的时空。牛 乌顿也凭借这本剧主迅速站在了当时物理大厦的最高处，而胡克则慢慢被拉下了神坛，牛顿顺利登上了英国皇家协会会长位置。虽然胡克为人相对刻薄，但是胡克对科学做出的贡献也是有目共睹的。 比如他通过自己发明的复式显微镜首次观测到了细胞的存在，他甚至比达尔文早二百年提出了进化论里面的部分思想。并且胡克还在一六六六年伦敦大火后，与设计师一起重建了这座城市。由此可见，在科学的探索中，无论是哪种性格 都有可能成为伟大的科学家。性格的缺陷无法抹杀本人对科学做出的贡献，不知道各位网友怎么看？欢迎评论区留言。