江水奔騰的背后
——萬有引力

■文/許秀華 ■插畫/葛欣

登高

〔唐〕杜甫

風急天高猿嘯哀，渚清沙白鳥飛回。

無邊落木蕭蕭下，不盡長江滾滾來。

萬里悲秋常作客，百年多病獨登臺。

艱難苦恨繁霜鬢，潦倒新停濁酒杯。

說到杜甫，相信同學們已經誦讀過不少他寫的詩篇。杜甫在我國古典詩歌中的影響非常深遠，被后人稱為“詩圣”，他的詩也被稱為“詩史”。作為杜甫詩作中的精品，這首《登高》也常被推舉為七言律詩中的上乘之作，被稱為“七律之冠”。

隱形的力量

在蕭瑟的秋風中，猿的叫聲顯得十分凄厲。水清沙白的河洲上，鷗鷺在飛舞盤旋。杜甫筆下的秋天有點孤獨與凄涼。看，山坡上落葉飄零，遠處無邊無際的長江洶涌澎湃，滾滾而來。

在讀到“無邊落木蕭蕭下，不盡長江滾滾來”這兩句詩時，同學們有沒有想過：為何秋天的落葉最后總要落到地面上？為何江水要往低處流？其實，這是因為地球對樹葉、水存在萬有引力。地球質量大，樹葉和水的質量小，質量大的物體難以撼動，質量小的只好屈身投靠。

長江水在地表上奔騰流淌，地球和江水之間的萬有引力好理解。可是，掛在樹上的葉片和地面不接觸，地球的萬有引力是怎樣隔空取物，讓樹葉落到地面上的呢？原來，萬有引力通過引力場，讓兩個沒有實際接觸、不挨著的物體之間產生了引力。在宇宙中，星體之間相距遙遠，卻能通過萬有引力相互作用，借助的就是引力場。

產生萬有引力的前提是物體有質量。質量，是討論萬有引力時非常重要的一個因素。物質的質量是由物質里的原子種類和數量決定的。而不同的原子，原子核里面的質子數和中子數決定了物質的質量。

為什么質量會激發引力場，產生萬有引力呢？對于這個問題，不僅愛因斯坦沒有找到答案，現在的科學家們同樣沒有找到確切的答案。

當然，杜甫顯然不是為找不到這個答案而悲傷。因為萬有引力在17世紀才由英國科學家牛頓首次發現并提出。大詩人杜甫要比牛頓大931歲，安史之亂結束4年后的公元767年，年屆55歲的杜甫親歷大唐由盛轉衰，個人生活也陷入困頓之中。一天，他獨自登上夔州白帝城外的高臺遠眺。蕭瑟的秋江景色引發了他身世飄零的感慨，滲入了他老病孤愁的悲哀。于是，他借景抒情，在詩中寫道：“時世艱難，生活困苦，兩鬢長滿了白發；衰老多病，又無奈志不得伸。本想借酒澆愁，卻發現自己連酒都喝不下去了。”

未解之謎

言歸正傳，除了引力場，物理學中還有電場和磁場。

何為磁場呢？原子里的質子帶正電，電子帶負電。原子核和電子都在不斷地運動，會在周圍產生磁場。磁鐵之所以有磁性，就是因為原子內的電子自旋方向整齊劃一，才對外表現為磁性。一般的物體內，各種不同方向的小磁場互相抵消，所以沒有磁性。

其實，電荷周圍還會產生電場，電場只對帶電的物體有作用力。電場里，物體的質量不重要，物體帶的電荷數才是最重要的。引力場只關心物體有無質量，電場只關心物體有無電荷。就像牛頓總結出了萬有引力定律及其公式一樣，法國科學家庫侖在18世紀研究了真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力后，也總結出了庫侖定律。庫侖定律是電學發展史上的第一個定量規律，它使電學的研究從定性進入定量階段，是電學史上一塊重要的里程碑。電荷的單位庫侖就是以他的姓氏命名的。

在數學表達上，萬有引力定律和庫侖定律非常相似。只不過把公式里的物體質量換成了物體攜帶的電荷。引力場中，兩個物質之間萬有引力的大小與兩個物體質量的乘積成正比；電場中，兩個電荷之間的作用力與電量乘積成正比。而這兩種作用力都與兩者的距離平方成反比。

為什么會這樣呢？科學家們也在探尋其中的原因。同學們，也許等你們長大后，就會發現其中的奧秘。