引力是自然的基本力量之一。但是它是什麼，我們能真正對抗它嗎？

我們在生活中的每一個生活瞬間都會經歷引力，而從未真正考慮過它。但這是什麼，我們實際上了解嗎？

在這裡，我們簡要地探討了當前對引力的理解，並研究了我們是否能夠在太空中人為地創造引力。

引力如何在地球上起作用？

正如著名的諺語所說，“爬得越高摔得越慘”。但為什麼？這是怎麼回事？

儘管我們才剛剛真正開始了解它是什麼，但這種現象已經存在了數千年。

例如，希臘哲學家曾經認為行星和恆星是眾神領域的一部分。據他們估計，它們受到所謂的“自然運動”的影響。

儘管他們並沒有對此概念進行更多的發展，但是直到16世紀伽利略和第谷·布拉赫(Tycho Brahe)的工作之前，它仍然是西方思想中的主要思想。

他們的工作將有助於引發我們對引力的理解的革命，最終由艾薩克·牛頓（Isaac Newton）進行了解釋。

引力，如牛頓假定，是維繫地球軌道繞太陽執行的力量。你可能在上學時可能會記得，引力通常被定義為：

“行星或其他物體向其中心吸引物體的力。引力使所有行星保持圍繞太陽的軌道。” - NASA。

換句話說，任何有品質物體都會對任何其他有品質物體施加引力，同時也受到其他有品質物體施加的引力。物體的品質越大，它們之間的距離越短，它們相互施加的引力的拉力就越大。

每當你跳到空中，不小心將桌子上的東西撞掉或在公園裡扔一個球讓狗抓到時，你都會直觀地知道自己的行動的後果。他們最終都回到地面。

之後的愛因斯坦（Einstein）對引力做出了與牛頓完全不同的解釋。根據他的理論，引力是時空連續體中的一個曲率。物體的品質使物體周圍的空間發生變形和彎曲。這扭曲了物體（和光）必須經過的路徑，從而產生了我們“感覺”為引力的效果。

實際上，任何被另一天體的引力抓住的物體都會受到影響，因為它所移動的空間朝向該物體彎曲。

愛因斯坦還介紹了“等效原理”的概念。這說明引力和慣性力具有相似的性質，並且通常是無法區分的。

為了說明這一點，假設你正坐在一艘沒有窗戶的宇宙飛船中，你無法從周圍環境觀看到外部宇宙。在這種情況下，將無法判斷你受到的力是引力引起的還是火箭沿特定方向加速的結果。

我們了解引力嗎？

簡單地說，是，也不是。儘管它是宇宙中研究最廣泛的自然現象之一，但我們仍然並不真正了解它。

正如我們所看到的，艾薩克·牛頓和愛因斯坦在幫助理解引力方面取得了重大進展，但我們仍不確定它到底是什麼，或者說它實際上是否是一件事。

根據愛因斯坦的說法，引力更多是時空彎曲的結果，而不是自身本身的真實力。

我們所知道的是，有品質的物體相互吸引。這種“力”取決於距離，並且隨著物體距離的增加而減弱。

這也是一種可測量的現象，是自然界中最弱的力量之一。比如，考慮一下普通的冰箱磁鐵。它們很容易抵抗來自地球等巨大物體的引力。你也可以通過跳躍來逃避引力的影響，儘管是暫時的。

但是這種關係似乎在量子水平上完全被打破了。它似乎無法統一，我們也不知道為什麼。

在大尺度上，我們當前的引力理論對於幫助預測大物體的行為非常有用，但是在很小的量子尺度上，當前的引力理論不起作用。

這是當今物理學中最大的問題之一。許多物理學家希望有一天能夠建立一種統一巨集觀和量子物理學理論，以幫助解釋正在發生的事情。

引力如何幫助我們？

引力是宇宙中最基本的“力量”之一。關於它如何工作的爭論，無論引力如何，它都是地球生命的重要組成部分。

引力是地球上的物體具有重量且不會簡單地漂浮到太空中的原因。如果你生活在品質較小的行星上，那麼你的體重會減輕，並且能夠跳得更高。

引力還使地球保持在所謂的“戈爾德洛克區”（Goldilocks Zone）內-距我們的太陽的距離，在這個範圍內水以液態存在。這恰好這對生命至關重要。

引力還有助於保持地球大氣層，為我們呼吸提供空氣。例如，火星的大小不到地球的一半，品質只有地球的十分之一。更少的品質意味著更少的引力，實際上火星的大氣密度只有地球的1/100。

引力在使我們的星球保持一致方面也發揮了作用。引力也是使月球繞地球執行的原因。月球的引力將海洋拉向月球，引起海洋潮汐。

但是，有趣的是，地球上所有地方的引力強度並不都相等。在地下品質較大的地方比在品質較小的地方稍強。

我們之所以知道這一點，是因為有兩架NASA航天器以及它們的引力恢復與氣候實驗（GRACE）任務。

GRACE測得的引力影象

“GRACE可以檢測出引力隨時間的微小變化。這些變化揭示了有關我們星球的重要細節。例如，GRACE可以監測海平面的變化並可以檢測到地震引起的地殼變化。” - NASA。

可以創造引力嗎？

正如我們已經看到的，愛因斯坦提出，引力實際上是由不同物體引起的時空變形的結果。因此，至少在空間中應該有可能產生人為引力。

根據愛因斯坦的觀點，需要提供一種在一個方向上加速的方法，該方法應產生類似於引力的作用。這可以通過像火箭一樣的線性加速度或通過角動量（即向心效應或加速度）來完成。

這是許多科幻書籍和電影中的常見主題。例如，《2001：太空漫遊》中旋轉的航天器。

只要船足夠大，它就應該能夠向乘員施加與地球引力幾乎無法區分的力。但是，情況可能會不完全相同，因為還會出現大的科里奧利力（Coriolis forces），並且物體下落會呈曲線狀而不是直線。

這裡也有一些固有的問題。物體加速越快，乘員承受的引力或g力就越大。

對於像空間站這樣的固定飛行器來說，這不是問題，但對於需要以高加速度遠距離航行的船舶而言，這可能對機組人員造成災難性影響。

根據《福布斯》（Forbes）上的一篇文章，阻止血液在體內流動所需的加速度超過引力100倍。如果飛行器僅以光速的一小部分行進，那麼船員可能會經歷超過4,000引力加速度的衝擊。

假設可以通過在船上使用電磁體和導電“地板”來解決此問題，但是您仍然會遇到“向下”力的問題。在高速太空中，不可能有任何方法使乘員免受引力的影響。

將來處理此問題的唯一方法可能是發展某種形式的負面或反引力場。但是，像所有物質一樣，我們具有的是正品質，因此我們需要一種方法來建立負引力品質。

這恰恰是CERN在ALPHA實驗中正在研究的內容。那裡的研究人員正在研究捕獲的反氫原子，它是氫的反物質。

ALPHA引力探測器

通過對氫和反氫的精確比較，該實驗希望研究物質和反物質之間的基本對稱性。最終，這可能導致反物質引力加速度的測量。

如果我們在地球表面發現存在反物質產生的負引力加速度（例如+9.8m/s 2以外的值），則理論上將允許製造引力導體的構造保護自己不受引力的影響。

“如果它足夠靈敏，我們可以測量它在引力場中的下落方式。如果它跌落，與正常物質相同，那麼它具有正的引力品質，我們就不能用它來構建引力導體但是，如果它在萬有引力場向上跌落，那一切都會改變。一旦有了這樣的實驗結果，人造引力就會成為一種物理可能。” - 福布斯。

如果成功的話，這也可以為引力容器開啟大門，以產生均勻的人工引力場。從理論上講，它甚至可以建立“曲速引擎”-一種扭曲時空的方式。

“除非我們發現一個負引力品質的粒子（或一組粒子），否則無論我們多麼聰明，人工引力都只能通過加速度產生。” -福布斯