重力的本质是反作用力－对重力的重新认识与定义

马海飞

(http://blog.sina.com.cn/gfis 2010年11月22日)

“万有引力”（重力）的本质一直是一个科学界关注的重大问题。本人发现了质量场在“引力现象”中的决定性作用之后，已经从物理机制上解释了“万有引力”的本质和起源^[1,2]。

我在之前的很多文章中已经明确指出：从本质上讲，万有引力不是物体之间的相互吸引力。它是物体自由落体运动（趋势）的一个结果。因此，曾使用了“结果力”与“原因力”的概念来解释“引力”与“作用力”之间的不同。并指出，把这个力叫做“引力”是不合适的。建议沿用“重力”的叫法但赋予它与传统不同的物理学概念。因此，我所讲的“重力”都不是经典理论中所定义的那个“引力”和与引力相关的“重力”概念，但它们指的却都是同一个自然现象。我对重力的形成过程已经有了详细的解释，并且建立了模型，推导出了计算公式。所有的结果都证明，重力与作用力是在因果关系上正好相反的力。作用力是导致物体运动的原因，而重力是物体在自由落体过程中由物体的运动产生出来的结果。也就是说，作用力让物体产生了加速度，而重力却是重力加速度让物体产生出来的一个力。自由落体运动的“重力加速度”是物体所在质量场密度的力学表达形式。质量场密度与重力加速度之间的比值永远都是一个常数。这就是说，它们来自于同一个因素，在存在状态上表现为质量场密度，在对运动产生影响的（力学）方面它表现为重力加速度。所以，物体表现出来的自由落体速度与物体自身没有任何关系，完全由它所在的质量场密度决定。这说明，自由落体运动不是因为这个物体受到某种力的作用才开始做自由落体运动的，而自由落体运动是物质基本属性的一种自然表现形式。这种物质的基本属性就是：当物体不受任何外力的作用时，物体与物体之间的相互关系就表现为“质心的合并”。这种合并的过程在物体的运动状态上表现为“自由落体运动”。这种运动导致了质心之间重力的产生。这整个图象就是：1）因为物质具有质量和质量场两个基本属性，而这两个基本属性是一个完整的统一体。只有当质量场与质心处于球形对称时物体才能处于最稳定状态（绝对静止）。2）物体在不受任何外力作用的情况下的存在状态完全由质量场与质心的对称性决定。3）当两个物体同时存在时，一个物体的质量场对另一个物体的质心而言肯定是不对称的。4）当两个物体同时存在而又不受任何外力作用的情况下，一个物体的质心必定在另一个物体的质量场中按照质量场密度分布特性向减小不对称的方向移动，出现的现象就是“质心”合并趋势。这就是自由落体运动。5）在自由落体运动的过程中如果在这两个物体（质心）之间测量力的话，就可以测到一个力，这个力就是重力。

虽然这些发现已经揭开了“万有引力”的谜底，但是因为只有我一个人在使用这套理论解释“万有引力现象”，而且时日还不久，所以，不可避免地在解释问题的细节上还有进一步完善的空间。例如虽然已经解释了重力的本质，但不够明确。虽然找出了重力产生的原因，但是还没有给重力下一个确切的定义。为了让所有的人都能够更好更容易地理解重力，就需要有更确切的定义和使用与传统观念更加兼容的方式来解释我的“重力理论”。在经过进一步的研究之后，我发现重力实际上从本质上讲就是一种“反作用力”。用作用力与反作用力的关系来解释重力可能会更容易让人理解。本文的目的就是从反作用力上来重新认识重力的本质，并给重力下一个新的定义。

和以往一样，为简单易懂，我们还是先从实例开始解释。

一个人手里拿着一个苹果。苹果静止不动。如果把手松开，苹果就会落到地上。如何理解这个现象呢？我的解释是这样的：自由落体运动本来就是物体（质心）应该具有的原始自然存在状态，或叫做“本性”。所以，任何物体在地球表面的自由空间（质量场）中都会表现为“自由落体运动”的存在形式。苹果是物体，因此苹果也不例外。苹果在人手里不下落，不是苹果的“本性”改变了，而是因为它本性的表现机会被人手施加给它的外力抑制住了。其实，手中的苹果也是一直处于自由落体运动的过程之中，是因为人手给它垂直向上的作用力把这个过程给“暂停”了。人手对苹果施加的作用力导致苹果静止不动，那么苹果对这个作用力必定会产生出来一个与它大小相等、方向相反的反作用力。这个反作用力就是苹果的重力。苹果静止不动，是因为手对苹果的作用力和苹果对手的反作用力（即重力）抵消了的结果。松开手之后，“暂停”被取消，苹果恢复到原始状态，继续进行它的自由落体运动，直到地面再次给它一个外力把它托住为止。地面给苹果的作用力与人手给它的作用力在原理上是完全一样的。苹果自由落体运动的理想结局就是苹果的质心与地球质心的合并。

不仅仅是苹果与地球，宇宙中所有的物体都是如此。地球质量场内的物体，如果没有落到地面，都是因为在自由落体运动过程中受到了某种外力的作用，使得物体无法继续完成它的自由落体运动造成的。月亮在空中受到离心力的作用，那也是一种作用力，因此它无法完成它的自由落体运动而“只好”“悬浮”在空中。理解重力的关键有两点：一是要知道自由落体运动是物质的原始基本存在形式，是物质自然基本属性的表现。二是要知道重力是被作用力给产生出来的一个反作用力。而不是物体自身内部的能量所产生出来的作用力。

人站在磅秤上称体重的时候，磅秤的刻度所显示出来的“体重”其实也可以说是“秤对人体的作用力”。就是说，那时一个“秤对人垂直向上的推力（作用力）”。这个作用力阻止了人体“本来应该有的（本能）自由落体运动”的继续进行。因为这个作用力的大小正好是让这个人产生一个与他的重力加速度相同的加速度，因此，秤与人之间在运动上达到了平衡（静止）状态。在这个状态下，人体既不向近地心的方向，也不向远地心的方向运动。可是，人们通常往往根据自己的主观意识来分析这个过程，认为是人体的重量改变了秤的指针而测量到了体重。实际上这种理解是错的。正确的理解应该是：人的正常原始状态应该是处于自由落体运动之中。但是，秤对人体施加了一个力，从而阻止了人体原来的正常存在状态。由于它施加给人了这个力之后，导致了人的静止不动，无法继续他的自由落体运动，与此同时，人体被动地产生了一个与秤施加给他的作用大小相等，方向相反的反作用力，即人体的重力。所以，实际上，所称量到的体重是人体对秤施加给他的作用力的反作用力。如果没有秤对人体的作用力，就不会有人体的重力。这才是正确的因果关系。

根据以上解释，我们就可以用比以前更为简单的方式来认识重力的本质了：1）自由落体运动是一种物质存在的原始自然形式。这种形式来自物质的基本属性，因此是无条件的。2）任何阻止自由落体运动的过程都一定有一个外来的作用力。3）导致自由落体运动停止的最小作用力就是让自由下落物体在落体运动相反的方向上产生出一个与重力加速度完全相等加速度的力。4）这个作用力的反作用力就是重力。于是，我们也就可以这样重新定义重力了：“当一个质量体（质点）在它的自由落体运动方向上处于相对静止状态时，该质量体一定受到一个阻止它做自由落体运动的作用力。与此同时，该质量体所产生出来的与这个作用力对应的反作用力就是该质量体的重力。”在质量体与自由落体方向相反的方向上没有受到任何净外力作用的情况下，该质量体不存在重力。但是它仍然有重力加速度。我们应该把“重力”与“重力加速度”分开对待。重力与质量体有关，而重力加速度与该质量体没有直接关系。重力加速度是质量场密度的力学表达形式。重力加速度的计算公式是g=G_mD。 其中g是重力加速度，D是质量场密度，G_m是重力加速度与质量场密度的关系系数，也叫做“新重力常数”。这个公式中不涉及任何与自由下落物体本身有关的直接因素。G_m是一个常数，数值为8.38x10^-10，单位是m³/kg·s²。如此一来，我们就可以这样简单地推导出重力的计算公式了：假设让质量为m的物体停止自由落体运动的最小作用力是F，而F=ma，其中，F是在自由落体运动相反方向上施加给物体的净作用力，a由这个力导致该物体产生的加速度，那么，因为只有当a=g的时候，F才符合上述条件，所以，这个作用力的实际大小就应该是F=mg，方向与自由落体运动方向相反。因为重力是这个作用力的反作用力，因此它们的大小相同，重力的计算公式也是F=mg，但是重力与作用力的方向相反。由于重力加速度为：g=G_mD，所以，重力计算公式也可以写成：F=G_mmD。这就是“新重力计算公式”。这个公式的推导就是如此简单。

从以上“重力的本质是反作用力”的结论能够很容易理解和解释牛顿引力定律中的问题。我们知道，虽然牛顿的引力计算公式可以正确计算出重力的大小，但是，他的引力定律却解决不了与“引力”相关的理论问题（例如它的本质和起源等）。这就是因为牛顿把作用力与反作用力的关系给搞颠倒了的缘故。在牛顿引力定律中，“引力”（重力）是被作为“作用力”对待的。由于作用力与反作用力在大小上总是相等的，所以，无论是“正”还是“反”，计算出来的“力的大小”都是一样的。这就是牛顿引力公式具有可用性的原因。但是，因为他把因果关系搞反了，所以，在遇到理论问题的时候就很难解释了。现在我们一旦摆正了它们的因果关系，知道了“重力是一种反作用力”而“不是作用力”之后，“为什么万有引力不可屏蔽？”“为什么万有引力与其他三种基本力无法统一？”等关于万有引力一直存在着的一系列问题就都迎刃而解了。

其实，并不是在任何情况下物体都存在重力的。当一个物体处于没有任何外力（例如空气阻力和离心力等）作用的环境下，这样的物体因为不受外力的作用，它们当然也就不会产生包括重力在内的反作用力了。在自由空间中处于理想自由落体运动过程中的物体是完全不受外力作用的，因而它们没有重力。这种情况还涉及到“绝对静止”的问题。有关“绝对静止”我以前已经提过。今后也会另找机会进行深入讨论。

科学研究的正常过程应该总是一个把对自然现象的分析和认识从复杂到简单的过程，从不明白到明白的过程。牛顿发现了“万有引力”但是却无法解释这个现象，也没有找出它的本质。“万有引力”成了一个谜。爱因斯坦用“时空弯曲”来解释引力，但是他的解释违背了从复杂到简单的科学原则。“时空弯曲”是一个没有人能够说清楚的东西，不但无法让人弄明白万有引力，相反让它变的更加难以解。结果，从“本来就不明白”变成“更不明白”了。但是，在我们弄明白了“万有引力”（重力）的本质就是一种反作用力之后，再来看“万有引力现象”就变得非常简单了。

结论：物体的自由落体运动是物质自然属性的自然表现，是物体在非受力条件下的原始自然存在状态。在物体自由落体运动的过程中如果受到外力的作用就会影响自由落体运动的正常进行，因为这个力破坏了物质的原始自然存在状态。如果这个作用力导致物体在自由落体运动的过程中，产生出一个与自由落体运动方向相反，与自由落体的重力加速度相等的加速度，那么，这个自由下落的物体所产生出来的与该作用力对应的反作用力就是重力。所以，重力（以往被称为“万有引力”）的本质是反作用力。

[1] http://blog.sina.com.cn/s/blog_63a266370100gtz4.html
[2] http://blog.sina.com.cn/s/blog_63a266370100ka6x.html

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