宇宙中確實有一股無所不在的力量，這股力量正是代表了宇宙本身

電影《星球大戰》中的歐比王講過一句可能是電影史上最經典的台詞，

形容原力是「由所有生物創造的能量場，它環繞在我們周圍，滲透進我們體內，而且凝聚了整個星系。」這句話很快就在流行文化中流傳開來，因為大家發現歐比王說的一定是萬用膠帶！畢竟萬用膠帶也有光亮面和黑暗面，還可以把東西捆在一起……

但是身為宇宙的一分子，頭腦機靈的你可能會對歐比王的這番話感到好奇，進而提出疑問：「到底是什麼讓星系凝聚在一起？」事實證明，宇宙結構中確實有一股無所不在的力量，而這股力量的存在，也代表了宇宙的結構本身，我們稱之為「重力」。

許多人都聽過自然界存在四種基本力的概念，這四種基本力分別是：重力、電磁力、弱核力以及色力（我們在實驗中偵測到的從原子核中「滲漏」出來的微弱色力，就是強核力）。那為什麼原力指的是重力，而不是其他的力？

一種力若要填滿宇宙，必須是長程力──畢竟宇宙可是個很大的空間。弱核力和色力是短程力，這兩種力可以在極小的距離下產生非常強烈的作用。電磁力雖然是長程力，但它作用於存在帶電粒子的情況下。原則上，宇宙是呈現電中性的———相反的電荷會互相吸引，很快就會達到中和，相互抵消，也就不會剩下自由電荷。重力同樣是長程力，但它的「電荷」只有一種，我們稱之為「質量」。質量不會是負的，所以沒有什麼能阻擋或是抵消重力，而且重力能作用於非常廣闊的距離。

如果說有什麼力產生的作用能夠擴及整個宇宙，那就非重力莫屬了，雖然重力微弱得不得了。哦我前一秒才說重力可以凝聚整個星系，下一秒又說它微弱得不得了，到底是想怎樣？

我要說的是，重力和自然界中其他的力相比很弱。關於這一點，你在自家廚房就可以輕輕鬆鬆地做實驗證明。請把一顆蘋果拿起來看看，是什麼維繫著蘋果的結構？

讓蘋果結構得以維繫的，大部分是存在於分子之間的分子間力，而這種力屬於自然界中的電磁力。現在，請你試試看徒手將蘋果分成兩半。不太容易，對吧？

現在請站起來，然後往上跳，你能跳多高？就算跳不了多高也沒關係，請想想：你是可以暫時克服重力的。這隻需要一點點化學能量就能做到了，即使是你中午啃的那些生菜（或是那顆蘋果），也足夠讓你克服整個地球的引力！所以，重力是很微弱的，而你強壯得很。

這些一本正經的論證，都是在闡述大自然的基本性質。雖然是很有趣的問題，不過你可能抓破頭也還是想不明白，了解這種知識到底有什麼用？第一個廣為人知的重力定律，就是艾薩克·牛頓在1687年提出的牛頓重力學說。

這個學說幾乎是立刻就被科學家用來解釋天體的運動，但基本上，世人照常度日，渾然不覺這是多麼驚人的成就。直到270年後，牛頓重力學說才終於實際應用在人類建造或使用的事物上：1957年，蘇聯發射了第一顆人造地球衛星，這需要深入研究軌道動力學才能實現，而軌道動力學就是從牛頓重力學說中衍生而來。

阿爾伯特·愛因斯坦在1915年寫出了現代物理學描述重力的理論，也就是廣義相對論，

情況亦十分類似。當時，廣義相對論馬上就被應用於天體物理學，但直到20世紀晚期，才真正開始對廣義相對論的實際應用。這裡有幾個故事，告訴你重力或者廣義相對論是如何改變我們世界的。

首先是「GRACE」。現在社會大眾所關注的，多半是關於地球氣候變遷的爭議和討論，但大多數科學家仍然進行著他們最擅長的事情———埋首工作、收集數據，然後找出數據所代表的涵義。對於氣候研究來說，地球的水文循環別具意義。水和地球上同等質量的其他物質相較，在熱力學上扮演的角色更為重要，因為水可以極為有效地冷卻或加熱。水的移動，不論是在地表、海洋、雲層、河川，還是在大氣層中，都對全球氣候有巨大的影響。但是水圈的範圍畢竟太大了，如果要監測地球的水位，還有全球湖泊、河川和海洋中的水流，我們不可能通過到處裝設感測器來完成。所以，我們要如何了解地球上的水，還有水的移動與變化呢？答案就是：靠重力。

衛星大地測量可以精準地測量地球的重力場。當衛星在地球上空飛行時，衛星下方的質量變化會使得重力的強度改變，進而使得衛星軌道改變。我們觀察軌道就可以了解重力以及製造出重力的質量是如何改變的。早些年，美國航空航天局啟動了一個名為「重力回溯與氣候實驗」的任務，內容是讓兩個相距大約220千米飛行的衛星通過微波信號監測彼此的軌道。「重力回溯與氣候實驗」在5年多中持續監測地球的重力場，並且觀察重力場如何隨著地球上的水和冰層的移動而變化。比如，亞馬孫盆地的重力會隨著雨季的來臨和結束而增減。其他類似的觀察結果也說明地球上的冰層正在發生變化，尤其是在北極圈和南極圈。

第二個故事是GPS。重力在你的日常生活中最普遍的應用方式，或許就是GPS了。在GPS轉而運用于飛機和車輛的導航之後，各種各樣的智能型手機。通過定位服務，你可以找尋朋友、當地的餐廳和娛樂場所共享位置各種導航，也能在陌生城市裡找到演唱會的會場。廁所，酒店

基本上，GPS是通過三角測量運作的。衛星會送出定時信號，由你的智能型手機或是GPS導航裝置接收。衛星每次發送的信號都會與其他衛星的信號同步，也就是說，如果你和兩顆衛星之間的距離相等且固定，你會接收到兩邊發出的相同定時信號。就像使用耳機一樣，左右兩邊的聲音是同步的，所以你的雙耳會同時聽到歌曲中正確對應的部分。如果你比較靠近某顆衛星，那麼你從這顆衛星接收到定時信號的時間會比其他較遠的衛星更早（就像是在運動場上看田徑比賽，賽跑選手會比你先聽到起跑槍響，因為他們的位置比較接近發令槍）。導航裝置會將你的當地時間跟從衛星接收到的時間做比較，藉此判斷你和各個衛星之間的距離。由於已經掌握各個衛星的位置，導航裝置就可以計算出你的位置了。

衛星定時信號必須經過修正，其運用的就是廣義相對論。為什麼呢？因為在地球的重力場中，衛星所在的位置比你高得多，而廣義相對論告訴我們，時鐘在衛星上行走的速度是不一樣的。

有多不一樣呢？廣義相對論對時鐘時間的修正，1天內大約是38微秒──也就是百萬分之38秒！你可能會想「這差別很小嘛」。沒錯，差別確實是很小，但是GPS的運作，是根據光在一定時間內所行進的距離。在38微秒內，光行進的距離是11.4千米！

第三個故事是關於重力波的（不是引力波）。這是最後一個故事了，但我要講的不是重力的實際運用，而是人類利用重力揭開宇宙奧秘的夢想。1918年，愛因斯坦在探索廣義相對論的意義時，發現了一種重力輻射的存在。這種帶有能量的重力是從星體或星系發出的，

朝著遙遠的宇宙邊際輻射出去。愛因斯坦計算了這種輻射的強度，很快就認定要進行實驗測量即便不是完全不可能，也會是極度困難的。

不過快轉回畫面到現在，我們可以運用的科技已經完全超出愛因斯坦的想像了———我們有精確度極高的高功率激光、可準確定位地球上任何物體的GPS定位系統、每秒能進行幾億個運算作業的高效能計算機，此外還有遍布全球的網路，即使跨海傳遞信息，也像你對著走廊上的同事大喊一樣容易。最重要的是，我們擁有眾多的科學家，他們不但經過良好訓練，更精通揭開自然奧秘的方法，這就是地球栽培出來的最優秀的人才。綜合以上各種利器，我們就有能力將愛因斯坦渴盼的夢想變為現實，測量那股來自宇宙遙遠彼端、籠罩地球的微弱重力回波。

對於重力輻射的探討歷時將近1世紀，集大成的是一台壯觀宏偉的機器，被稱為激光干涉重力波天文台。新一代的天文學者，也就是所謂的重力波天文學家，會以激光照射這台機器長達4000米的雙臂，希望藉此探測到中子星和黑洞趨向塌縮的螺旋之舞，還有年輕的脈衝星不斷自旋直到終於化為宇宙星塵期間發出的低吟。

如果夠幸運的話，或許還能探測到恆星死亡時產生的激烈的超新星爆炸，在這過程中會產生許多原子，包括組成我們的大部分原子在內。

重力波天文學讓我們能以全新的角度，重新探究我們的起源和地球在宇宙中的定位，再一次盡情發揮我們與生俱來的天賦———那無窮無盡、永不饜足的好奇心和求知慾。雖然人類的想像力帶來了這樣的創舉，但是，這真的能有什麼實際的成果嗎？成果或許並非顯而易見，因為進行這項實驗的最初動機，並不是為了要有什麼實用成果。然而，從曼哈頓計劃、「阿波羅」宇宙飛船到激光干涉重力波天文台，這些科學與工程技術的結晶，終究會為人類帶來福祉。激光干涉重力波天文台的科技，已經讓許多研究有所拓展，比如光學和激光技術、環境監測以及計算機網路聯機能力。但是要在你家客廳看到這項科技帶來的改變，恐怕還要等上7年、70年，甚至是270年。

重力的科學發展向來如此，要花多少時間，就看我們的工程師和科學家如何突破舊思維，發揮創造力了！

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！