重力与人造重力

重力这个概念相信大家绝对不会陌生，不仅因为这是中学物理乃至小学自然里的基本常识，而且更是人们无时无刻不切身体会的一种真实感受。可是，就是这样一个耳熟能详的基本概念，人类研究了几百年也未能将其研究透彻，甚至还只是停留在其现象的种种理解，其真正的本质是什么？至今也只是知道个皮毛。

俗话说得好，透过现象看本质，那我们就暂且遵循这条古训来探究一下重力是什么。

所谓重力现象，那可谓数不胜数，从伽利略的铁球实验到自己家里的抽水马桶，无一没有利用重力而完成。在看到了如此多的现象之后，人们开始思考，并且进行总结，其中有一个叫艾萨克牛顿的小子经过日夜奋战终于总结出了一条定律——万有引力定律，原来是一个叫万有引力的力使得有质量的物体获得了重力，自此，人类对重力本质的认知便上了一个新高度。后来又经过牛顿本人及伽利略等科学家的完善，定义了重力乃万有引力及其惯性力的共同作用所导致。

重力不同于弹力、摩擦力、电动力等一个最大的地方在于，重力的作用覆盖了物体的每一个质元，因为万有引力如此，惯性力也如此，这便是重力不同于其他力的深邃之处，也是其难解之处。

到底是一种什么样的能量，能够同时作用到受力物体的每一个质元，这份能量又是如何产生的？至今未能得到完善的解释。因此，科幻电影中对引力场的改变，甚至凭空制造引力场也就此成为天方夜谭。

说了这么些表面文章，科普君是时候来给大家科普一点较为深层次的东西了，毕竟点开这个文章的大部分看客都是理工科出身。

大家都知道，如果说一个物体受力，可以使得它的运动状态发生改变，也可以使它处于受力平衡状态。那么什么是力，中学课本告诉我力是使物体获得加速度或形变的外因，但这是力的表象而不是力本身，力的本身是能量，而当这个能量经过释放、传递等一系列过程，就表现为力的存在。从能量角度出发，科学家便把力分成了四类——强相互作用力（强核力）、弱相互作用力（弱核力）、电磁力以及万有引力，但其中最难理解的还得算是万有引力。

众所周知，力不能脱离物体而单独存在，宏观世界这样，微观世界也是如此。四种基本的力从基本源头上来说都是由于不同物质的相互作用或状态改变：强相互作用力是由一种叫夸克的粒子之间的相互较劲所产生，并由胶子作为传递介导；弱相互作用力是由波色子的发射或吸收所产生，由规范波色子作为传递介导；电磁力则是由带电粒子间的电子状态相互作用所产生（目前已将弱相互作用力与电磁力统一），由光子作为传递介导；而万有引力则是所有拥有质量粒子间的相互作用所产生，其传递介导物质被假想为“引力子”，但至今未能发现和证明。

想制造引力却不知道这个力通过什么来传递，仅仅知道其为有质量粒子所产生。况且引力又是四种基本力中最弱的一种（两个质子之间的万有引力仅为其电磁力的1/10^35），这也就导致了一直以来对于引力只知其表不知其里的尴尬境地。

虽然如此，人们仍然在不断探索万有引力的奥秘，前不久也就是2017年的诺贝尔物理学奖便颁给了成功探测到引力波的莱纳魏斯等人，证明了爱因斯坦广义相对论对引力波的假设，当然也成为引力子存在的一个旁证，探索引力子也将成为未来完善量子力学的一个重要环节。

虽然未能拥有制造引力的理论支撑，但这难不倒“聪明”的人类。上文说过，重力是万有引力与惯性力的共同作用力，咱搞不出引力，惯性力却不难做到，其中最重要的一个原因是——相比于万有引力来说制造相同的大小的惯性力要容易的多，成本也低的多的多。至于如何利用惯性力模拟重力，下面会给大家介绍一个有趣的例子。

说到人造重力，大家多半会想到科幻片中宇宙飞船中的场景，与现实中宇航员漂浮在飞船中不同，科幻片中的宇航员往往是稳稳的站在飞船中或行动自如。撇开制造万有引力这种遥远的想法，利用惯性力制造重力场的方法人们已经在尝试，而且很早就有实验论证，大量的飞船设计图也应运而生，科普君先放上几张给你们瞧瞧再说。

和科幻片星际穿越中的宇宙飞船有些类似，都是通过旋转产生的离心力（惯性力）提供重力，这种方法表面看似可行却存在诸多不便和隐患，如角动量守恒会造成整个舱体的运动、舱体密封、共振效应、科氏力造成的头晕等等。得此失彼，并非最佳方案，所以想要研究人造重力任重而道远，唯有找到万有引力的真谛才能得到满意的答案。