二十八、解释万有引力的本质

万有引力给人类最困惑的问题是，宇宙中任意两个物体之间的引力是怎么产生的，又是怎么把引力传给对方的。

其实，万有引力的本质很简单。

举一个例子，一个汽车迎面向你驶来，驾驶员觉得自己是静止的，肯定认为你是迎面向汽车运动。如果一个汽车加速的向你驶来，驾驶员觉得自己是静止的，肯定认为你在加速地向汽车运动。

究竟是你在运动还是汽车在运动，不重要，关键的、有意义的是汽车和人之间的空间在变化。

万有引力本质就是质点之间的空间运动变化，相对于我们观察者所表现出的一种性质.

两个质点之间的空间的运动变化和两个质点之间的相对运动本质上应该是一回事情。

人类被万有引力这个“力”字蒙住了眼睛，老是想力是什么东西，力到底是什么？越想越糊涂!

一个女孩从我面前走过，我说这个女孩很漂亮，一把小刀，我说很锋利。漂亮是我们对女孩描述出的一种性质，锋利是我们对小刀描述出的一种性质。

力就是我们对物体之间相对运动描述的一种性质，力不是一个具体存在的东西。

两个物体有相对加速运动或者有相对加速运动趋势，我们就可以说他们之间受到了作用力。

设想一下，如果在中国，一个人手里拿一个小球，在某一个时刻，这个人把小球放下，小球从静止状态加速撞向地球。按照前面的看法，也可以说小球始终是静止的，是地球撞上了小球。

也许有人反驳，我们同时在我们对称的国家——巴西放一个小球，岂不是小球要加速地飞向空中？

这个反驳其实是需要一个前提：空间是静止和不动的，一切物体像鱼儿那样在静止的空间海洋里运动，空间的存在与质点的运动是不相干的。

关键的关键是：空间本身是时时刻刻在运动、变化的，空间和质点的运动是紧密的联系在一起的，至于空间为什么会运动，请参阅前面的《垂直原理》。

我们观察者站在地球上，随手放下一块石头，这个石头没有受到别的作用力，只是受到地球的万有引力的作用，从静止状态开始做自由落体运动，向地球中心坠落。

当没有这个石头，石头所在的空间仍然以石头这种方式向地球中心坠落。如果能够将空间染上颜色的话，你会看到空间时刻不停的向地球中心坠落，这个就是引力场的本质。

相对于我们观察者，单地球一个质点，周围的空间运动是均匀的，引力场的分布也是均匀的，不存在万有引力的出现。

当地球周围空间存在了一个具有质量的石头，会使地球和石头周围空间的均匀运动状态被改变，单位立体角内的改变量，就是万有引力。

我们把这个石头设定为 $p$ 点，用 $m$ 表示石头的质量，地球设定为 $o$ 点，用 $m'$ 表示地球质量。

按照我们前面对牛顿三大定理的解释， $p$ 点受到 $o$ 点的引力 $\vec{F}$ 可以表示为：

\begin{equation}\nonumber \vec{F} = m\ \vec{A} \end{equation}

在前面的惯性质量等价于引力质量证明中，我们知道地球在 $p$ 点产生的引力场 $\vec{A}$ 是等价的，这样：

\begin{equation}\nonumber \vec{A} = - \dfrac{G\ m'\ \vec{r}}{r^3} \end{equation}

上式中 $G$ 为万有引力常数， $\vec{r}$ 是由 $o$ 点指向 $p$ 点的位置矢量， $r$ 为 $o$ 点到 $p$ 点之间的距离。

由式 $\vec{F} = m\ \vec{A}$ 和 $\vec{A} = - \dfrac{G\ m'\ \vec{r}}{r^3}$ 导出万有引力公式：

\begin{equation}\nonumber \vec{F} = - \dfrac{G\ m\ m'\ \vec{r}}{r^3} \end{equation}

以上告诉我们，万有引力的本质来自于相对运动，相互作用力本质也是一种惯性力。这个符合前面的统一场论的基本原理——一切物理现象都是运动形成的。

我们把地球周围引力场 $\vec{A} = - \dfrac{G\ m'\ \vec{r}}{r^3}$ 看成是地球周围空间的运动程度，地球周围如果突然出现了另外一个质点 $p$ ，质点 $p$ 周围空间也会有地球周围空间同样的运动，这样，会引起地球周围引力场 $\vec{A} = - \dfrac{G\ m'\ \vec{r}}{r^3}$ 发生变化。

我们把地球受到 $p$ 点的引力 $F$ 理解为 $p$ 点的质量 $m$ 【 $m$ 正比于 $\dfrac{n}{4\pi}$ 】使地球周围引力场发生变化的变化程度，

变化程度肯定可以表示为在角度为 $4\pi$ 范围内，改变了 $n$ 条

$\vec{A} = - \dfrac{G\ m'\ \vec{r}}{r^3}$ ，所以，

\begin{equation}\nonumber F = -\ \text{常数乘以}\ \dfrac{n}{4\pi}\ G\ m'\ \dfrac{\vec{r}}{r^3} = - \dfrac{G\ m\ m'\ \vec{r}}{r^3} \end{equation}

一个物体质量 $m'$ 在周围产生了引力场 $\vec{A}$ ，另一个质量 $m$ 的物体处于引力场 $\vec{A}$ 中，导致了 $\vec{A}$ 的变化，变化的程度就是万有引力。

我们需要注意的是，这里的引力场 $\vec{A}$ 的变化，不是 $\vec{A}$ 随时间、空间位置变化的变化程度，而是 $\vec{A}$ 乘以物体 $p$ 点的质量 $m$ ，而引起了 $\vec{A}$ 的变化。

这个如同是一个线段，乘以垂直方向的另一条线段，导致本来的线段变化了，变成了一个矩形。

按照牛顿力学，我们地球【用 $o$ 点表示】上空一个卫星【用 $p$ 点表示】围绕地球以正圆旋转运动，在某一个时刻，由 $p$ 点指向 $o$ 点的加速度 $\vec{A}$ 就是地球在 $p$ 点处产生的引力场。

我们可以设想这个卫星很小、很小，其指向地球的加速度 $\vec{A}$ 仍然可以表示 $p$ 点所在地方的引力场大小和方向。

按照统一场论的思想——场是空间本身的运动，当我们把卫星拿走，仅仅是卫星所在的空间点【我们仍然用 $p$ 点表示】围绕地球旋转，其指向地球的加速度仍然可以表示空间点 $p$ 所在的引力场大小和方向。

我们用 $\vec{r}$ 表示由 $o$ 点指向 $p$ 点的位置矢径，则 $\vec{r}$ 和 $\vec{A}$ 成正比关系，但方向相反，满足以下关系：

\begin{equation}\nonumber \vec{A} = -\ k\ \vec{r} \end{equation}

$k$ 是常数。以上方程表示静止物体在周围产生的引力场是梯度场。

点击展开注解：关于梯度场

由于引力场等价于加速度，我们知道加速度和位移成正比，方向相反，就是一个波动过程。

这个表明，引力场具有波动性。这种波动是空间本身的波动，是一种螺旋波，波动速度就是光速。

如果矢径 $\vec{r}$ 的大小不变，仅仅是方向的变化，一端固定，一端环绕一周，由以上的静止引力场旋度为零，则：

\begin{equation}\nonumber \oint \vec{A} \cdot d\vec{r} = 0 \end{equation}

以上表示，静止物体在周围空间产生的引力场是保守场。

从空间圆柱状螺旋式运动来看，引力场就是空间圆柱状螺旋式的旋转运动第一圈指向中心的加速度那部分。

地球和太阳周围空间【面对我们观察者】都是逆时针旋转，旋转相互接触地方空间运动方向相反，而抵消了一部分空间，导致了太阳和地球之间的空间在减少而相互靠近，表现为相互吸引。

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