我们在讲这个结论之前，我想爱恩斯坦也一直被牛顿的万有引力困惑着。因为牛顿的万有引力定律几乎无懈可击了。

一、胡克第一个提出：引力来自哪里

年胡克写信给牛顿，信中认为天体的运动是由于有中心引力拉住的结果，而且认为引力与距离平方应成反比。按照这个想法，地球表面抛体的轨道应该是椭圆，如果地球能穿透，物体将回到原处，而不象牛顿所说的，物体的轨迹是一条螺旋线，最终将绕到地心。

胡可提出这个观点无疑是正确的，但是，胡克计算出椭圆的轨道。

牛顿同意了胡克的观点，完成了万有引力定律。即，任意两个质点有通过连心线方向上的力相互吸引。该引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比，与两物体的化学组成和其间介质种类无关。

地球强大的引力，使我们生活在地球上的任何人或物都无法摆脱它的引力。

万有引力定律的发现，是17世纪自然科学最伟大的成果之一。它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一了起来，对以后物理学和天文学的发展具有深远的影响。它第一次解释了（自然界中四种相互作用之一）一种基本相互作用的规律，在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑。

万有引力定律揭示了天体运动的规律，在天文学上和宇宙航行计算方面有着广泛的应用。它为实际的天文观测提供了一套计算方法，可以只凭少数观测资料，就能算出长周期运行的天体运动轨道，科学史上哈雷彗星、海王星、冥王星的发现，都是应用万有引力定律取得重大成就的例子。利用万有引力公式，开普勒第三定律等还可以计算太阳、地球等无法直接测量的天体的质量。牛顿还解释了月亮和太阳的万有引力引起的潮汐现象。他依据万有引力定律和其他力学定律，对地球两极呈扁平形状的原因和地轴复杂的运动，也成功地做了说明。推翻了古代人类认为的神之引力。

二、“以太”出现了，当时是解释天体空间的物质

在宇宙学中，有时又用以太来表示占据天体空间的物质。后来，以太又在很大程度上作为光波的荷载物同光的波动学说相联系。光的波动说是由R.胡克首先提出的，并为C.惠更斯所进一步发展。在相当长的时期内（直到20世纪初），人们对波的理解只局限于某种媒介物质的力学振动。这种媒介物质就称为波的荷载物，如空气就是声波的荷载物。由于光可以在真空中传播，因此惠更斯提出，荷载光波的媒介物质（以太）应该充满包括真空在内的全部空间，并能渗透到通常的物质之中。除了作为光波的荷载物以外，惠更斯也用以太来说明引力的现象。

牛顿虽然不同意胡克的光波动学说，但他也像笛卡尔一样反对超距作用并承认以太的存在。在他看来，以太不一定是单一的物质，因而能传递各种作用，如产生电、磁和引力等不同的现象。牛顿也认为以太可以传播振动，但以太的振动不是光，因为光的波动学说（当时人们还不知道横波，光波被认为是和声波一样的纵波）不能解释今天称为的光的偏振现象，也不能解释光的直线传播现象。

以太首先是个哲学概念，而物理学家总是期望将之变成物理学概念。当一切寻找以太粒子的努力失败后，人们抛弃了以太说。但是事实上，抛弃的仅是发现以太粒子的希望，以太这个哲学概念更加根深蒂固，大多数人认可了微观结构存在的可能性。

19世纪的物理学家，认为它是一种曾被假想的电磁波的传播媒质。但后来的实验和理论表明，如果不假定“以太”的存在，很多物理现象可以有更为简单的解释。也就是说，没有任何观测证据表明“以太”存在，因此“以太”理论被科学界抛弃。

三、逐步放弃“以太”

年，M.法拉第关于电磁感应实验的成功，促使他建立了电磁力线的概念，并以此概念解释电、磁及其彼此感应的作用，后来，他又提出了电场、磁场和力线场的概念，放弃以太观念，但其间他也曾怀疑光以太是否为力线的荷载物[2]。

在法拉第心目中，作用是逐步传过去的看法有着十分牢固的地位。他用力线来描述磁作用和电作用。在他看来，力线是现实的存在，空间被力线充满着，而光和热可能就是力线的横振动。他曾提出用力线来代替以太并认为物质原子可能就是聚集在某个点状中心附近的力线场，但法拉第的观点并未为当时的理论物理学家们所接受。

19世纪60年代，J.麦克斯韦提出位移电流的概念，借用以太观念成功地将法拉第的电磁力线表述为一组数学方程式。它被人们称为麦克斯韦方程组。在导出这方程组时，麦克斯韦曾提出，磁感应强度就是以太速度；以太绕磁力线转动形成带电涡元；甚至将他的位移电流概念从绝缘体推广到以太范围。人们将麦克斯韦的以太称为电磁以太。从麦克斯韦方程组中可以导出，电磁扰动的传播速度与已知的光速在实验误差范围内是一致的。因此，麦克斯韦在指出电磁扰动的传播与光传播的相似之后写道：“光就是产生电磁现象的媒质（以太）的横振动”，传播电磁与传播光“只不过是同一种介质而已”。光的电磁理论成功地解释了光波的性质，这样以太不仅在电磁学中取得了地位，麦克斯韦在统一光和电磁现象的同时也统一了发光以太和电磁以太。年，H.赫兹以实验证明电磁扰动的传播及其速度，也即发现电磁波的真实存在。这个事实曾一度被人们理解为证实以太存在的决定性实验。

关于电场同位移有某种对应，并不是完全新的想法，W.汤姆孙就曾把电场比作以太的位移。另外，法拉第在更早（）就提出，当绝缘物质放在电场中时，其中的电荷将发生位移。麦克斯韦与法拉第不同之处在于，他认为不论有无绝缘物质存在，只要有电场就有以太电荷粒子的位移，位移D的大小与电场强度E成正比。当电荷粒子的位移随时间变化时，将形成电流，这就是所谓的位移电流。

尽管麦克斯韦在电磁理论上取得了很大进展，但他和赫兹等人试图将电磁理论推广到运动物质上并未成功，因为这理论的一个难题是物质本身并不会衰变为以太。

以太的假设事实上代表了传统的观点：电磁波的传播需要一个“绝对静止”的参考系，当参考系改变，光速也改变。这个“绝对静止系”就是“以太系”。其他惯性系的观察者所测量到的光速，应该是“以太系”的光速，与这个观察者在“以太系”上的速度之矢量和。

按照当时的猜想，以太无所不在，没有质量，绝对静止。以太充满整个宇宙，电磁波可在其中传播。假设太阳静止在以太系中，由于地球在围绕太阳公转，相对于以太具有一个速度v，因此如果在地球上测量光速，在不同的方向上测得的数值应该是不同的，最大为c+v，最小为c－v。如果太阳在以太系上不是静止的，地球上测量不同方向的光速，也应该有所不同。

四、爱恩斯坦“一个快乐的思想”

想象你正在远离任何引力场的空间中悬浮在一个电梯内，并且无法知道在电梯以外发生的事情。突然，你就掉落在地板上。此刻，发生了什么呢？你会认为是电梯被引力拉下来了吗？还是觉得电梯正往上加速？

事实上，这两种效应会产生同样的结果。这使爱因斯坦宣告：在空间的一个足够小的区域，一个观察者感知的引力场的物理效应和另一个在没有引力场的地方以均匀加速运动的观察者感知的物理效应相同。换句话说，加速度可以“骗”你，让你觉得是在引力场中。

小结：回想一下爱因斯坦之前的结论：时间和空间并不是绝对的。如果运动可以影响时间和空间，而引力和加速度又是同一回事，这也意味着引力也可以影响时间和空间。

物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动。这就是广义相对论。