你信了那麼多年的萬有引力，其實並不存在！

引力不是物質之間剪不斷的相互吸引嗎？

它為何能幫助科學家「看見」行星？

它的本質到底是什麼？

讓蘋果落地，也讓行星繞轉太陽

提起引力，人們總會想起蘋果落地的故事。故事說的是坐在蘋果樹下的牛頓正為行星運動問題苦思冥想時，一個蘋果落在他面前，使他頓悟到使蘋果落到地面的重力，正是使月球圍繞地球運行的力；地球不僅吸引著蘋果，也吸引著地球表面上的一切物體，包括遙遠的星星。

如今，這個故事的真實性頗受爭議，而且已經無從考證。不過可以確定的是，引力的提出過程，並不是靈感式的頓悟那樣簡單。

早在十七世紀初，開普勒根據前人第谷·布拉赫的觀測數據，總結出太陽系行星運行規律，並提出行星運動三大定律。這三大定律分別涉及太陽系行星的軌道形狀、運行速度以及運行周期，對行星運動的軌道規律進行了說明。

開普勒的行星運動三定律真正使太陽成為太陽系行星軌道的中心，也讓科學家開始思考，為什麼行星會圍繞著太陽運動？是什麼支配著它們的運動？

牛頓從十七世紀六十年代開始思考這一問題。他從開普勒第三定律推算出，行星保持圍繞太陽運動所需要的力與它們到太陽距離的平方成正比。這便是萬有引力的雛形。

但系統地提出萬有引力，要等到1687年。在這20年間，牛頓對行星橢圓軌道以及與距離平方成反比的力之間的相互關係進行了深入研究，並對引力的普遍性進行了思考。

1687年，《自然哲學的科學原理》出版。在這一科學巨著中，牛頓提出了三大運動定律和萬有引力定律。他認為，兩個物體之間存在相互的吸引力，這就是萬有引力。這個力的大小與兩個物體質量的乘積成正比，與物體間距離的平方成反比。從萬有引力定律，可以推導出開普勒三定律。這說明行星正是在星體之間的萬有引力支配下運動。

值得一提的是，在牛頓的萬有引力公式中，有一個萬有引力常數G。直到萬有引力問世一百多年後，它才由英國科學家卡文迪許用一個設計精妙的扭秤測出，使萬有引力定律更趨完善。

本質上不存在，只是時空的錯覺

時空彎曲與光線的引力偏折

愛因斯坦創建廣義相對論的動因之一，是引力無法納入狹義相對論的理論框架。而在他的新理論中，引力的歸宿居然是不存在！

人們常用床單來類比這種情況。如果不考慮物質對時空的影響，那麼我們的時空就如同一張綳平的床單。在床單的中央放置一個鉛球，床單會凹陷下去，就好像廣義相對論中由於物質而彎曲的時空。如果把一個小球放在凹陷的床單上，它會向鉛球的方向滾過去，似乎受到鉛球的吸引力。而實際上，小球的運動只是由於空間的幾何效應。牛頓認為幾乎無處不在的引力，本質上是不存在的。

構建最精密望遠鏡，尋找遙遠行星

用微引力透鏡尋找行星示意圖

有了廣義相對論，水星近日點進動問題迎刃而解。愛因斯坦計算出的水星近日點進動速度與觀測完美吻合。在發表廣義相對論時，愛因斯坦還預言，由於時空彎曲，從太陽表面飛出的光子會發生頻率紅移，遙遠恆星的光在通過太陽附近時會發生偏折。這些預言被之後的觀測逐一證實，印證著廣義相對論在描述世界方面的精確性。尤其是光線的引力偏折。雖然牛頓引力理論也能計算出光線的偏折角度，但和水星近日點進動問題一樣，計算結果偏差太大。

引力透鏡效應正是光線引力偏折的表現。星系等大質量天體（透鏡天體）會使它附近的時空彎曲，當後方背景天體的光線從這彎曲的時空通過時，光線便會發生偏折，就好像光線通過透鏡時那樣。根據背景天體、透鏡天體、觀測者三者的不同位置關係，最終會在觀測者眼中形成多個像或者環狀像。1987年，美國天文學家傑奎琳·休伊特第一次觀測到了引力透鏡形成的環狀像——愛因斯坦環。如今，人類已經看到很多類似的引力透鏡圖像。

引力透鏡對光線偏折的角度，取決於透鏡天體的質量。如果透鏡天體的質量不夠大，比如只是一顆恆星，情況會怎樣？這便是能幫助天文學家找到行星的微引力透鏡效應。

計算顯示，恆星質量的透鏡天體產生的愛因斯坦環非常小，即使最先進的望遠鏡也無法分辨它。人們看到的，不過是因為微引力透鏡效應變得更亮一點的背景天體。而且微引力透鏡形成的像不過存在最多幾年時間，相比引力透鏡像動輒上百萬年的存在時間，可謂轉瞬即逝。

雖然觀測困難，天文學家卻發現微引力透鏡在尋找地外行星方面可以大顯身手。當恆星質量級天體從背景天體前通過時，微引力透鏡會讓背景天體在短暫的時間內看起來更亮，反映在光度變化曲線上是一個凸起的波峰。但如果觀測到的光度變化曲線上出現不止一個波峰，那麼說明恆星的附近還有其他小質量天體，比如行星。利用這種特徵，可以判斷地外行星的存在，分析它的質量以及與恆星距離等參數，即使望遠鏡中從沒出現過這顆行星。

如果把微引力透鏡比作一台望遠鏡，它的優勢非常明顯，比如讓人們得以探索更遙遠的行星世界。2003年，兩個研究小組第一次用這種辦法找到了地外行星，距離地球16000光年。在最新的發現中，天文學家創新性地使用了微引力透鏡方法，把人類尋找行星的範圍，延展到銀河系外。

簡單說來，在最新研究中，天文學家綜合利用了引力透鏡與微引力透鏡效應來尋找行星——星系的引力透鏡效應使後方背景天體形成了多個虛像，星系中的恆星和行星產生的微引力透鏡效應，使這些虛像的光度和譜線頻率發生著變化。觀測和模擬結果顯示，在距離地球38億光年的RX J1131-1231星系中央，棲息著一群行星，質量介於月球和木星質量之間。用微引力透鏡造成的這台「望遠鏡」，精度超過地球上以及天空中精度最高的觀測儀器，讓人類首次在其他星系找到行星存在的證據。

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