（二）引力研究

牛顿引力思想的简短回顾

牛顿是引力物理的奠基人，他的《自然哲学和宇宙体系的数学原理》一书，已经成为引力物理的第一部经典著作。牛顿所建立的平方反比的引力规律在大范围的引力作用中，以极高的精度成立，至今仍成为航天技术、空间技术、天文学、天体物理学的基础。

牛顿在引力研究方面的贡献决不仅限于引力定律的建立。在建立引力定律的同时，牛顿提出了引力研究的重要观点与方法。首先，他强调了引力的普适性与万有性。牛顿观测到，太阳系内的行星运动并非严格的椭圆，根据这一事实，牛顿指出，不仅应考虑太阳的引力，还应计入“行星间的彼此作用”，由此，牛顿在 1865 年《论运动》一文中进一步指明“一切物体必定相互吸引”，这本身就指明了引力作用的普适性与万有性。几百年来，人们始终在致力于物理定律普适性的研究。物理定律除了在原有的自身范围内适用以外，如何向着更大的范围内延拓，如何在更大的范围内与其它规律相容，都是人们密切关心的问题。因为，普适性越广，就越能深入地揭示事物的物理本质。正因如此，普适性已成为物理发展高度与统一性高度的判据。正是人们对普适性的追求，才使引力物理从牛顿阶段发展到爱因斯坦的引力物理阶段。

牛顿的引力理论还强调了引力的不稳定性与非平衡性。在写给本特利的信中，牛顿提到，引力作用使宇宙间物质趋向于它们的内部，“其中有些物质将聚集成一个物体，而另一些物质则会聚集成另一个物体，以致产生无数个巨大的物体，它们彼此距离很远，散布于整个无限的空间中”， “很可能太阳和（其它）恒星就是这样形成的”。在这里，牛顿揭示了引力及引力不均匀性的重要作用，并提示人们，宇宙并非走向热死，正是由简单走向复杂，由无结构走向有结构、由热平衡演化到非热平衡的原因正是引力作用。

平方反比定律的检验

物体间的引力反比于其间距离的平方是引力的基本属性。在当前新发展的一些理论中，预言有一些新的弱作用粒子，由于它们的存在，有可能破坏这一基本属性。检验平方反比律不仅能进一步确定引力规律的精确程度与适用范围，还将能判断某些新理论的真伪，影响着整个物理学的发展，人们还期待这一研究能对物理学统一的途径提供有益的线索与启示。虽然引力的平方反比律与库仑定律相似，但是对引力规律的检验要比对库仑定律检验困难得多。除了引力很弱，难以测量得很精确以外，由于尚未发现有负质量，环境引力的干扰很难屏蔽。因此，降低或消除干扰成为检验引力平方反比律的关键。目前，在较大的距离上，例如在太阳系尺度范围内，引力的平方反比定律已经有了较好的证据。通过对各行星、宇宙飞船、人造卫星以及火箭等的运行轨道研究证明，平方反比定律中的距离 r■的δ 精度已达到了 10■，然而在较小的距离上，例如 1 米以下到几厘米，δ的精度目前只能达到 10■。近距离的实验更具有较大的困难。首先距离小物体就应特别小，引力就更弱，难以准确测量；其次近距离下，引力干扰相应加大，在引力不可屏蔽情况下，实验结果的可靠性就成了问题。澳大利亚地球物理学家斯塔西等人，通过测量几千米深矿井中的地球引力，再与

地面上地球引力做比较，判断近距离下的平方反比定律。然而，这种方法事先需假定地球是一个匀质球体或椭球体，从他们得到的实验结果看，很难说明是平方反比律不准确还是地球本身是非匀质的。