静电常数，宇宙中，所有的天体都可以保持同一状态—悬浮，这是为什么捏？

静电常数

因为万有引力！把所有的天体都束缚在一定的空间范围内，从地球的视角来看，以黑暗的区域作为背景，这使得我们看起来很多天体都悬浮在黑暗的空间中。我们站在地面只有受到地球的万有引力影响而已，如果你在太空，那么你将悬浮其中（前提是没有任何强引力）。

其实这只是一种适应的感觉，我们长期居住在地球上，一直受到地球引力的束缚，而不得不下落。你跳起来需要克服地球引力，火箭升空也需要克服地球引力。假如你到太空，在没有任何强大引力的环境下，你会处于失重状态，也就是悬浮在黑暗背景下的太空之中。

万有引力使行星按照自身的轨道围绕太阳运转，图：Harman Smith and Laura Generosa (nee Berwin), graphic artists and contractors to NASA's Jet Propulsion Laboratory.

牛顿万有引力定律

一想到引力，相比很多人都会想到牛顿。一只苹果的掉落，牛顿便开始了它的引力之旅。

牛顿万有引力定律指出，每个粒子都会吸引宇宙中的另一个粒子，其力与其质量的乘积成正比，与其中心之间的距离的平方成反比。这是从经验观察（观察研究）得出的一种一般的物理定律，牛顿（艾萨克·牛顿）称之为归纳推理（Inductive reasoning）。它是经典力学的一部分，由牛顿于1686年7月5日首次出版的《自然哲学的数学原理》（ThePrincipia）一书中提出。1686年，当牛顿的书被提交给皇家学会时，罗伯特·胡克声称牛顿已经从他那里得到了平方反比定律。

图解：球状星团M13证明引力场的存在。

在今天的语言中，定律指出，每个点质量都通过作用在两点相交的线上的力来吸引其他点质量。力与两个质量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比。

万有引力方程的公式是：

，其中F是作用在两个物体之间的引力，m1和m2是物体的质量，r是物体质量中心之间的距离，G是引力常数。

牛顿实验室中质量引力理论的首次验证是在1798年由英国科学家亨利·卡文迪什进行的卡文迪什实验（Cavendish experiment）。实验发生在牛顿原理发表111年之后，大约在牛顿去世71年之后。

牛顿的万有引力定律类似于库仑的电力定律，用来计算两个带电物体之间产生的电力的大小。两者都是反平方定律，其中力与物体之间的距离的平方成反比。库仑定律用两个电荷的乘积代替质量乘积，用静电常数代替引力常数。

图解：地球万有引力示意图

牛顿定律已经被阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论所取代，但在大多数应用中，牛顿定律仍然被用作引力效应的极佳近似值。只有当需要极高的精度时，或者当处理非常强的引力场时，例如那些发现于非常巨大和致密的物体附近的引力场，或者离恒星非常近的距离（例如水星绕太阳的轨道），这样的才需要广义相对论。

两个物体互相吸引，图：Dna-Dennis

浅谈广义相对论

广义相对论是阿尔伯特·爱因斯坦于1915年发表的万有引力几何理论，是现代物理学中对引力的描述。广义相对论推广了狭义相对论和牛顿万有引力定律，把引力统一描述为时间和空间或时空的几何性质。特别是，时空的曲率与任何物质和辐射存在的能量和动量直接相关。这种关系由爱因斯坦场方程（一个偏微分方程组）确定。

广义相对论的一些预测与经典物理学（Classical physics）的预测有很大不同，特别是关于时间的流逝、空间几何学、自由落体运动和光的传播。这种差异的例子包括引力时间膨胀（Gravitational time dilation）、引力透镜（Gravitational lens）、光的引力红移（Gravitational redshift）和引力时间延迟效应（Shapiro time delay）。广义相对论对经典物理的预测至今在所有的观测和实验中都得到了广泛的证实。虽然广义相对论不是唯一的相对论引力理论，但它是最简单的理论，并且与实验数据是一致的。然而，仍然存在未解决的问题，最基本的问题是广义相对论如何与量子物理定律相协调，以产生完整且自洽的量子引力理论。

图解：在室女A星系中心的黑洞，此为人类首次观测并得到确认的黑洞影像

爱因斯坦的理论具有重要的天体物理学意义。例如，它暗示了黑洞的存在——空间和时间被扭曲成没有任何东西，甚至连光都不能逃脱——这种可以逃逸的方式可作为大质量恒星的终态。有充分的证据表明，某些天体发出的强烈辐射是由于黑洞造成的，例如，微类星体（Microquasar）和活动星系核（Active galactic nucleus）分别是由于恒星黑洞（Stellar black hole）和超大质量黑洞（Supermassive black hole）的存在而造成的。引力对光的弯曲会导致引力透镜现象的发生，其中在夜空中可以看到同一遥远的天体出现多幅不同图像。广义相对论还预测了引力波的存在，后来由物理合作的LIGO直接观察到了引力波。此外，广义相对论是当前宇宙学模型中不断膨胀的宇宙基础。

广义相对论被广泛认为是一种非凡美的理论，它常常被描述为所有现有物理理论中最为美丽的。