【牛津通識課29】重力：擾動時空的主宰者

　　重力是自然界中四大基本力之一，
　　是最古老、最弱和最難以量化的力量。
　　它讓讓蘋果掉落在地，
　　它讓具有質量的物體相互吸引，
　　它型塑了宇宙。

　　重力的交互作用是宇宙學的研究基礎，
　　理解重力，
　　對於探索地球上所有物體的運動、推導天體的運行乃至宇宙的擴張非常重要，
　　也正是對於重力的研究，
　　讓愛因斯坦對時間與空間的本質，有了突破性的認識。

　　本書從亞里斯多德、伽利略、牛頓，聊到愛因斯坦與霍金，
　　介紹重力理論的歷史演進，
　　闡述重力如何產生，宇宙如何借助重力支配星體的運行，
　　對於重力的各種驚人發現，又是如何不斷刷新我們對於時空的認知，
　　最後介紹在理論物理學中，諸如重力波、暗物質等關於重力的各項先端研究。

　　透過簡明的敘述與圖表，
　　快速建立關於重力的專業知識框架。
　　【你是知識控嗎？關於牛津通識課】

　　用最簡明直白的方式，了解現代人最需要知道的大問題。

　　牛津通識課（Very Short Introductions，簡稱VSI）是英國牛津大學出版社（Oxford University Press）的系列叢書，秉持「為所有讀者提供一個可讀性強且包羅萬千的工具書圖書館」的信念，於1995年首次推出，多年來已出版近700本讀物，內容涉及歷史、神學、藝術、哲學、文學、醫學、自然科學、政治等數十多種領域。每一本書對應一個主題，由該領域公認的專家撰寫，篇幅簡潔精煉，並提供進一步深度閱讀的建議，確保讀者讀完後能建立該主題的專業級知識框架。
 

作者簡介

提姆西‧克里夫頓(Timothy Clifton)

　　重力物理學家，畢業於英國劍橋大學，現任英國倫敦大學瑪麗女王學院的講師。

譯者簡介

胡訢諄

　　英國愛丁堡大學翻譯研究所畢業。譯作包括《創傷清潔工：與死屍、腐屋、精神疾病交手，擁抱生命中的混亂失序》、《理想的告別：找尋我們的臨終之路》、《下一個家在何方？驅離，臥底社會學家的居住直擊報告》、《嘉年華的誕生：慶典、舞會、演唱會、運動會如何翻轉全世界》等。
 

第一章  從牛頓到愛因斯坦(摘錄)

存在於自然界中四種基本的力，目前最弱的是重力，其他三種是電磁力、強核力、弱核力。然而，就長遠的距離來說，重力才是主宰。這是因為唯有重力能夠吸引，也因為重力永遠無法被遮蔽，所以雖然多數的大型物體是電中性，卻永遠不會是重力中性。具有質量的物體之間的重力永遠會將物體拉在一起，而且質量越大重力越大。

感謝像牛頓（Newton）和愛因斯坦（Einstein）那樣的天才，讓我們對重力多少有些瞭解，但是相較於其他力，重力仍持續讓當代科學家感到神祕難解。想知道為什麼會這樣，就讓我們從頭說起，看看重力理論的歷史發展。

重力史前史

假設人類一直知道（雖說是假設，但這幾乎是可以確定的），當我們放開一個物體，它就會往下掉。這麼說來，我們一直意識到重力存在。早期許多思想家的焦點，似乎都放在造成這個運動的原因。

直到十七世紀末前，亞里斯多德（Aristotle）的《物理學》（Physics）在歐洲科學界佔有舉足輕重的地位。他認為物體應該往它們在宇宙中的自然位置移動，並以此解釋重力。他認為這一自然位置取決於該物體的成分。更精確地說，取決於物質中四大元素──土、水、氣、火──各自所占的比例。

亞里斯多德主張，主要由土和水組成的物體應該往宇宙中心移動。對他而言，宇宙中心就在他的腳下。因此，若是往空中丟擲由土做成的物體，必定會往地上移動。他認為土會沉到水底，所以水比土輕，因此所有的水必定在土的上方。同理，因為氣泡在水中會上升，所以氣比水輕，因此氣的自然位置在水之上，而火的自然位置在氣之上。

就當時人們對物質基本成分的瞭解，這個架構提供所觀察的世界某種合乎邏輯的秩序，甚至可以讓人論述物體落下的速度。亞里斯多德主張，物體掉落的速度應與其質量成正比，與穿過的媒介密度成反比。換句話說，亞里斯多德認為兩公斤重的物體落下的速度比一公斤重的快兩倍。

無奈的是，亞里斯多德的理論並不正確。現在我們知道，宇宙並不存在一個讓物體趨向的中心。透過實驗也發現，物體因重力而加速的速率「並不」與其質量成正比。事實上，已經證明所有物體皆以相同速率落下。這個發現是現代理解重力其中一個里程碑，因此需要進一步解釋。