太空中的引力
tài kōng zhōng de yǐn lì
太空中的引力是所有具有质量的物体之间的相互吸引，它把行星维持在轨道上，塑造了恒星和星系，并且无论距离多远都不会完全消失。
Definition
引力是每一个物体对其他所有物体都具有的吸引力，正是它使月球绕地球运行，也使地球绕太阳运行。引力的强弱会随着质量的增大而增强，随着距离的平方而减弱，所以距离翻倍，引力就会减小到原来的四分之一；不过无论距离多远，引力都永远不会真正降为零。在太空中，正是引力把气体云塑造成恒星和行星，把行星和卫星维持在各自的轨道上，也把星系维系在一起。牛顿的万有引力定律给出了相距 $r$ 的两个质量 $m_1$ 和 $m_2$ 之间的作用力 $F = G\,m_1 m_2 / r^2$，其中 $G = 6.674 \times 10^{-11}\ \text{N m}^2/\text{kg}^2$；这一定律解释了轨道运动、由天体两侧引力差异导致的潮汐、大型天体呈球形的原因，以及气体云坍缩形成恒星的过程。广义相对论则把引力重新解释为质量和能量导致的时空弯曲，这种描述在黑洞附近、精密的GPS授时以及宇宙膨胀等场合都变得不可或缺。
Example
你在月球上的体重大约只有地球上的六分之一，因为月球体积小得多，引力也弱得多，所以一个 $60$ 千克的人在月球上会感觉自己只有 $10$ 千克重。地球表面的重力加速度是 $9.8\ \text{m/s}^2$，火星是 $3.7\ \text{m/s}^2$，月球是 $1.6\ \text{m/s}^2$，木星则是 $24.8\ \text{m/s}^2$，所以一个在地球上重 $500\ \text{N}$ 的人，在木星上会重超过 $1{,}200\ \text{N}$。对于地球和太阳组成的系统，$F = G M_{\odot} M_{\oplus} / r^2 \approx 3.5 \times 10^{22}\ \text{N}$，令其等于 $M_{\oplus} v^2 / r$，可以求出地球的公转速度 $v \approx 30\ \text{km/s}$，与观测结果相符。
Key Insight
宇航员之所以能在空间站中漂浮，并不是因为那里没有引力，而是因为他们和空间站正一同绕地球坠落；在那个高度，引力大小其实仍然是地面上的约 $90\%$。质量和重量是两回事：你的质量在任何地方都一样，而你的重量则是引力作用在这个质量上的力，会因所在星球而不同。引力是所有基本力中最弱的一种，比两个质子之间的电力弱约 $10^{36}$ 倍。它之所以能主宰宇宙的尺度，仅仅是因为它始终是吸引力，且作用范围无限，因此能在天文尺度的质量上不断累加，而电荷之间的作用力却会相互抵消。