万有引力

存在于任何两个物体之间的由质量引起的相互吸引力，力的作用线约在两物体质心的连线上，其大小与两物体的质量成正比，与两物体的距离平方成反比。万有引力定律是I.牛顿追索地面上的物体受重力作用的原因而发现的，1687年正式发表。以m、m表示两物体的质量，r表示两者之间的距离，则相互吸引的力F为：

，

式中G称为万有引力常数。这就是万有引力定律的数学表达式。严格地说，上式是对两质点而言的。因为“两个物体之间的距离”一语指的是两个质点的距离。如果一个是质点，另一个是有限体，则可把有限体分割成许多质点，并求出它们引力的矢量和，就能得到整个有限体对质点的作用力。牛顿曾证明：一个密度是到球心距离r的函数的球体对球外一质点的引力同整个球体质量集中在球心的情况无异。牛顿用万有引力定律证明了开普勒定律、月球绕地球的运动、潮汐的成因和地球两极较扁等自然现象。牛顿的万有引力定律是天体力学的基础。人造卫星、月球和行星探测器的轨道，都是以这个定律为基础来计算的。万有引力存在的实验证明和引力常数G的测定是H.卡文迪什于1798年作出的。1859年，法国天文学家U.勒威耶发现水星近日点进动速率的数值与用万有引力定律算得的数值有每百年38″(美国天文学家S.纽康的测定值为43″)的偏离。1915年，A.爱因斯坦创立广义相对论，终于说明了这个问题，并预言光线在引力场中的偏折和光谱的红移。天文学家还曾预言黑洞的存在，使广义相对论进入了与宇宙演化有关的新境界。爱因斯坦以加速坐标系和引力场的等效性否定了惯性坐标系在宇宙空间的存在，又用引力场改变了空间特性。他认为物体在引力场的运动是沿四维弯曲的黎曼空间的短程线。但是在弱引力场的情况(例如太阳系)下，对许多力学问题，用牛顿万有引力定律比用爱因斯坦的广义相对论计算要简单得多，而且两者相差极微。对简单的二体问题，由于“同时”概念混杂，难以用广义相对论进行数学处理。

在粒子相互作用的微观世界里，万有引力是最弱的一种，万有引力与电磁力、核力的统一问题有待于科学家们的进一步努力。