最早的引力理論

如果我們現在隨便翻一張宇宙的圖片，很可能看到的就是在虛無的宇宙空間中，有許多天體似乎“漂浮”在上面。

當然，這一類的圖片大部分都是藝術加工過的，只有極少數是真實拍攝的。不過，看到這些圖，就會讓許多產生一種想法，為什麼這些天體是“漂浮”在宇宙上的，而不會下墜。

這個事的不怪我們有這個疑問，事實上，如果我們僅僅在地球上觀測，在沒有任何現代科學知識的情況下，就會有這樣的疑問。古希臘人對此很納悶，因為在地球上，我們看到的是地球萬物都在朝著地面落，但是太空當中，天體就沒有向下的趨勢，而是繞著某個天體在轉。

於是，當時的人提出了一套理論，他們認為月球以下的世界，包括地球在內，是由水火土氣四種元素構成的，其中水和土比較重，有往地面墜落的趨勢，火和氣比較輕，會遠離地面，但不會跑到月球以上的世界。

月球以上是由以太構成的。這就把天界和地球的物理規律分開，天界不需要符合地球的規律，因此，也就不會有下墜的情況。這套理論其實最終納入到了地心說理論當中，是地心說的一部分。我們也可以把它理解成最早的引力理論。

這也被稱為亞里士多德的世界觀，其中有一個要素就是力是維持物體運動狀態的原因。翻譯過來就是你想要一直跑，其實就得一直輸出力。

牛頓的萬有引力理論

後來科學逐漸發展，以哥白尼為代表的一群學者提出了不同的看法，這在歷史上也被稱為哥白尼革命。不過，那個時代出現了許多的科學理論，一直沒有能夠得到統一。直到牛頓出現後，這些新出現的知識才被有機的結合到一起，同時，牛頓還證明了萬有引力定律。

並且把地球上的物理學和宇宙天體運動的規律統一了起來。這套路理論可以解釋當時所見到的絕大多數的物理學現象，並且還能預測。牛頓也因此躋身科學史上最偉大的科學家之列，只有愛因斯坦可以與其比肩。

根據萬有引力定律和牛頓三大定律，我們知道，力是改變物體運動狀態的原因。地球上的東西會掉落到地面其實是因為有地球引力的作用。而地球之所以繞著太陽轉，是因為太陽和地球之間有引力的作用，並且由於地球有一定的初速度，才使得地球繞著太陽在轉。

我們在地球上，總有“向下落”的感覺本質上是來自於引力作用，是有力的作用導致的。如果我們分析一下地球，地球其實受到的都是引力，其中最大的引力來自於太陽，然後是其他的天體。總體來說，地球的受力方向是指向太陽的，也就是說，對於地球來說的“向下落”是指向太陽的方向。

我們視覺上地球的“下方”，其實沒有任何力的作用，地球自然也就不會向下墜了。

愛因斯坦的廣義相對論

當然，我們還可以用另外一個角度來理解這個問題。我們都知道，現在的引力理論其實是廣義相對論，牛頓的引力理論只適用於弱引力場，而愛因斯坦的理論更具有普適性。那如何來用廣義相對論理解這個問題呢？

這要從狹義相對論說起，愛因斯坦通過光速不變原理和相對性原理推匯出狹義相對論，在這個理論當中，他統一了時間和空間，他認為兩者都會受到運動狀態的影響，時間和空間不應該被分離開來看，而應該被結合起來，並稱為時空。而我們生活在的就是四維時空，其中是一維的時間和三維度的空間。

後來，愛因斯坦要把狹義相對論進一步地進行推廣，他就發現，根本不存在引力，實際上引力現象的本質是時空的彎曲。我們以地球為例，地球壓彎了周圍的時空，而月球其實是沿著時空的測地線在運動。（測地線類似於二維平面中的直線，也就是時空中兩點之間最短的距離。）說白了，就是貼著時空在運動，也就是沿著時空的“直線”在動。

同樣的道理，地球之所以繞著太陽轉，也是因為太陽壓彎了周圍的時空，地球是沿著時空的測地線在運動。

因此，地球以及其他的天體，是沿著時空的測地線在運動的，所以它們沒有向下的可能性，它們已經是貼著時空的“地面”在運動了。

總結

因此，天體看起來像是懸浮在宇宙當中，本質上是因為我們生活在地球上的一種錯覺。牛頓體系中，力是改變物體運動狀態的原因，地球對於地球表面的物體的有吸引力，所以我們才有物體都會“下墜”的感覺，但太空中，引力的方向並不是我們視覺上的下方，而是在天體之間的連線上，那地球的受力方向其實朝向太陽的。而地球視覺上的“下方”，實際上不存在力，也就不會下墜了。如果從愛因斯坦的理論來理解，實際上天體已經是貼著時空在運動了。