引力是如何產(chǎn)生的，或者說引力的本質(zhì)是什么？

目前科學界的主流觀點認為，引力的本質(zhì)是時空彎曲，這一觀點來自愛因斯坦的廣義相對論，并且經(jīng)過了非常多的天文觀測證實，還在理論上起到了很好的預測作用。

在人類對引力的認識過程中，主要出現(xiàn)了三大理論。下面分別介紹一下。

牛頓經(jīng)典引力理論

據(jù)傳，因為一個蘋果掉下來砸到牛頓的腦袋，牛頓因此悟出了萬有引力定律。世間一切物質(zhì)都存在相互吸引的作用力，這就是萬有引力。萬有引力的大小，除了與兩個物體的質(zhì)量有關，還與兩個物體之間的距離有關。這是經(jīng)典力學中關于引力的描述。

在牛頓的理論中，他認為時空是平直的，并且不管距離有多遠，引力的作用都是瞬間完成的?，F(xiàn)代物理學研究表明，牛頓的引力理論是廣義相對論的一種局域近似，它只適用于弱引力場環(huán)境。

牛頓的引力理論對于預測天體運動已經(jīng)很精確了，比如，天文學家利用萬有引力定律預言了海王星的存在。不過在解決某些問題時，卻遇到了困難，比如水星近日點進動問題。

愛因斯坦的引力理論

1915年，愛因斯坦在狹義相對論的基礎上正式完成廣義相對論，將引力解釋成時空彎曲，認為時空與物質(zhì)的關系十分密切。而在牛頓的理論中，時空與物質(zhì)無關。因此，廣義相對論認為引力并不真實存在，只是一種時空彎曲效應。

該理論將時空幾何化，存在于三維空間中的物體能夠使空間乃至時間發(fā)生彎曲，這就是時空彎曲。如下圖所示：

有質(zhì)量的物體能使時空彎曲，質(zhì)量越大，時空彎曲的越厲害。并且單位空間中包含的質(zhì)量越多，該區(qū)域的時空曲率也就越大。引力相互作用的傳遞速度與光速相當。廣義相對論中最重要的方程便是引力場方程，它描述了物質(zhì)與時空的關系。

廣義相對論不僅解決了水星近日點進動（物體在強引力場中運動）的問題，還得到了很多實驗支持，比如光線在引力場中的彎曲，光譜線的引力紅移等。此外，廣義相對論的很多天文預測也已經(jīng)被證實，比如黑洞，物質(zhì)在時空中運動時會激起漣漪形成引力波，引力對光線的彎曲會形成引力透鏡等。廣義相對論的誕生對現(xiàn)代天文學的發(fā)展起到了很大的作用。

上圖為人類拍攝的第1張黑洞照片

量子引力理論

量子力學和相對論是現(xiàn)代物理學的兩大支柱。量子力學致力于研究微觀世界中物質(zhì)的運動規(guī)律，其研究結(jié)果得到了實驗的精確支持。量子力學試圖將引力量子化，但卻并沒有獲得成功。

世界是物質(zhì)的，物理學家認為自然界中存在4種基本作用力：電磁力、強力、弱力、引力。量子力學與狹義相對論、經(jīng)典場論結(jié)合，形成了量子場論，并在楊米爾斯理論的基礎之上發(fā)展出了標準模型理論，成功的將前三種力統(tǒng)一，可卻遲遲不能將引力納入其中，即量子力學與廣義相對論不兼容。

科學家們發(fā)現(xiàn)，電磁力、強力、弱力都是通過交換粒子（規(guī)范玻色子）形成的，故而提出了引力子的概念，并預言了該粒子的性質(zhì)，可是至今也未在實驗中發(fā)現(xiàn)引力子。在量子力學中，粒子被定義為質(zhì)量為0、自旋為2的玻色子。

量子力學雖然未能解決引力的問題，但是卻解決了質(zhì)量的起源問題?？茖W家認為，時空中分布著希格斯場，并通過希格斯機制賦予這些粒子質(zhì)量。目前，科學家已經(jīng)成功在實驗室中觀測到了由希格斯場激發(fā)的希格斯粒子。

不過，目前科學家們并沒有放棄引力量子化的訴求，因為萬有理論實在太誘人。超弦理論是目前最有希望的理論，它兼容了量子力學和廣義相對論。

結(jié)束語

通過上面的介紹，相信大家已經(jīng)知道，目前關于引力的本質(zhì)，由于量子力學和廣義相對論不兼容，這意味著還有很多問題有待解決，應該需要一個全新的理論兼容量子力學和廣義相對論。不過這并不意味著量子力學和相對論是錯誤的，如同相對論并沒有推翻牛頓力學一樣。特別是現(xiàn)有的物理理論，對暗物質(zhì)和暗能量知之甚少。

不可否認，現(xiàn)有的實驗證據(jù)表明，廣義相對論是目前最為精確的一個引力理論，并且有很多重要的應用。目前，時空彎曲是關于引力的最好解釋。