[英] 蒂莫西·克利夫顿（Timothy Clifton）博士，毕业于剑桥大学，现任英国伦敦大学玛丽女王学院的讲师

    支配宇宙的力量有四种，引力就是其中之一。引力使苹果从树上脱落，也使大质量物体彼此接近。引力参与了星系的形成，也影响着我们的生活。从牛顿到爱因斯坦，再到霍金，直到今天引力波被证实，引力一直不断刺激人们的好奇心。

    在本书中，作者将从引力的发现谈起，讲述引力从何产生，又是怎样在宇宙中发挥作用。在这个过程中，你会了解到那些最伟大的头脑——牛顿、爱因斯坦、霍金等科学家，他们真正的工作是什么，这些工作取得了哪些成就。你将开始从专业角度，真正认识这个宇宙的“主宰者”——引力，并了解20史记的“伟大”发现——引力波。

    《牛津通识课》系列丛书 ，是牛津大学出版社镇社之宝。自1995年出版以来，该系列已经涉及数十种学科，包含近700本读物，全球销量过1000万册。其特点在于，每一本书对应一个主题，每个主题都由该领域的专家撰写。确保读者能在三小时内读懂一个学科。牛津出版社曾这样描述他们的野心：《牛津通识课》将会涵盖所有主要学科, 为所有读者提供一个可读性强且包罗万千的工具书图书馆。

《牛津通识课》既值得阅读又极具吸引力……从中可以找到很多乐趣……“给出事实”是好的科普作品的基本要求之一……它们之所以吸引我们，是因为世界陌生而辽阔，因为目之所及处处让人和充满好奇，从黑暗中闪烁的萤火虫到奥登对叶芝的挽歌，都是我们想了解的存在。

——《纽约客》杂志

《牛津通识课》之所以吸引我们，是因为世界辽阔而陌生，是因为世界陌生而辽阔，因为目之所及——从黑暗中闪烁的萤火到奥登对叶芝的挽歌——处处让人和充满好奇，充满了我们想了解的存在。 并不是每个人都渴望成为一个博学者，但是每个渴望阅读的人都是一个好学者、一个热爱知识的人。他们眼中的知识既动人有趣、又令人舒适快乐，引起惊叹和敬畏。

——《纽约客》杂志

我有一大堆的《牛津通识课》，因为本书一贯出色，它们是尝试新学科的一种理想的方式，而且价格相对其他科普读物非常便宜，读了可以帮你决定是否要买更昂贵的这类书籍。各个领域的作者在本系列百家争鸣，均有见地，读来发人深省。

——马克·格瑞纳  《英国奇异事件》杂志

我非常喜欢《牛津通识课》系列，事实上每个对思想观念和科学历史感兴趣的人都应该读一读。这套书设法跨越知识的门槛，使复杂的问题易于理解而又不影响学习的质量。《牛津通识课》系列主题丰富，这对于任何想了解人类思想发展的人来说都是不能错过的宝书，尤其是那些渴望了解更多，但不知从何处入手的人们，《牛津通识课》是必去的门户。

——克莱尔·福克斯（Claire Fox）思想研究所所长

要是所有出版物都达到这样的高度就好了，优秀的价格，精美的设计和制作，严谨的内容和诱人的主题，就像《牛津通识课》一样。

——《书商》

专业严谨但绝不平淡，《牛津通识课》是思考者的维基百科。

——《独立报》

我太喜欢《牛津通识课》系列了。它制作精良，作者会写，话题有趣。是一个精湛的科普系列，所有人都可以读。

——Grrl Scientist  《卫报》

各种听起来让人头大的学科，需要该领域的专家们针对它们进行一系列引人入胜的介绍。看完就懂了您需要知道的一切知识。

——《泰晤士报》

一个绝妙的主题，包在一个活泼、小巧的外观里……时尚的设计……非常适合在口袋里闲逛。

——丽莎·贾丁（Lisa Jardine），《泰晤士报》

《引力 | 01从牛顿到爱因斯坦》

在四大基本作用力——电磁力、强核力、弱核力与引力之中，引力是最弱的一个。但是，它主导了长距离下物体的相互作用。引力是仅有的只吸引不排斥的力，而且它不可能被屏蔽。因此大部分的大型物体呈电中性，但不可能呈“引力中性”。有质量的物体之间的引力从来都是使它们彼此靠近的，并且越靠近引力越强。

幸而有牛顿（Newton）和爱因斯坦（Einstein）这样的天才，我们才能对引力有所了解。但和其他力比起来，引力给科学家们提出了更多艰深的谜题。要想知道为什么会这样，我们就要从头说起，先来了解一下历史上引力理论是如何发展的。

引力的“上古史”

假设人类从一开始就知道（我们说是假设，但这几乎是可以确定的），当我们把手里拿着的东西松开的时候，它总是会往下落。这样一来，就可以说人类一直都知晓引力的存在。而这种现象发生的原因，正是很多早期思想家关注的焦点。

亚里士多德（Aristotle）[ 他的著作《物理学》（Physics ）17世纪之前就在欧洲科学界发挥着举足轻重的作用] 把引力解释为物体朝向它们“在宇宙中正确的位置”移动的趋势。他认为这一正确的位置取决于物质的组成成分，准确地说就是取决于物质中四大元素——土、水、空气和火——各自所占的比例。

亚里士多德提出，主要由土和水构成的物质应当朝着宇宙中心运动。对他来说，地球就是宇宙中心。因此当我们把由土构成的物体扔出去时，它就会落向地面。至于水，他认为由于土会沉入水底，所以水比土要轻，因此所有的水都存在于土的表面。同样，由于泡泡浮在水上，故空气比水轻，那么空气的正确位置在水上方，火则在空气上方。

基于当时人们对物质的构成元素的理解，这一体系从逻辑上给眼前的世界划分了层次。利用它，人们甚至可以描述物体下落时的加速度。亚里士多德提出：物体下落的加速度和它们的质量成正比，和它们下落时穿过的介质的密度成反比。也就是说，亚里士多德认为两千克的物质下落时加速度是一千克物质的两倍。

很遗憾，亚里士多德的理论并不正确。我们知道宇宙并不存在一个中心，好让物体落向那里。我们还可以通过实验证明物体在引力作用下的加速度并不与它们的质量成正比，而是无论物体质量如何都保持不变。这一发现是理解引力过程中的里程碑之一，因此我们也需要对它作更多说明。

所有物体在引力作用下的加速度都相等，这一事实并不直观。当我左手拿着一片羽毛，右手拿着铁块并同时松手，我不会期待它们同时着地：铁块应该先落地。那么“所有物体在引力作用下的加速度都相等”是什么意思呢？为了理解这句话，我们需要考虑施加在这两个物体上的所有力。

当我松开羽毛时，除了引力之外，它还受到其他的力。当开始下落时，它会受到周围空气产生的阻力。由于铁更重，空气阻力对羽毛的减速作用就比铁要强。一点小风对羽毛就会有很大的影响，而对铁块的干扰微乎其微。因此，上述理论并不适用于我们周围的环境。实际上，它描述的是物体在只受引力作用的情况下会发生什么。也就是说，如果除了引力外没有其他任何作用力，物体就会以相同的加速度下落。

对这一命题的验证通常归功于伽利略（Galileo）。传说1638年，他将两个不同质量的炮弹从比萨斜塔上扔下，人们发现，无论这两个炮弹成分如何，它们都以相同的速度落地。最近，阿波罗宇航员大卫·斯科特（David Scott）得出相同的结论。他站在月亮上，让一片羽毛和一把锤子同时落下。（见图1）因为月亮上没有空气阻碍羽毛的运动，所以两个物体同时落在了月面上。今天，我们把这一现象称为“自由落体的普遍性”（universality of free fall）。接下来，我们将看到，它既是牛顿引力理论，又是爱因斯坦引力理论的关键。

《牛津通识课：引力》

01 从牛顿到爱因斯坦

02 太阳系内的引力

03 太阳系外的引力测验

04 引力波

05 宇宙学

06 引力物理前沿

后记