牛頓（Newton）的萬有引力認(rèn)為，宇宙間任何兩個(gè)物質(zhì)間存在著相互作用，引力的大小和二者的質(zhì)量的乘積成正比，與二者間的距離的平方成反比，引力的方向指向二者的中心。如果假設(shè)二物質(zhì)的質(zhì)量分別為Ｍ1 、Ｍ 2，距離為Ｒ，則萬有引力的表達(dá)式為，F(xiàn)=G*M1*M2/R^2,

其中G為引力常數(shù)(Gravitational constant),即,6.673*10^-11*千克^-1*秒。

牛頓的萬有引力發(fā)表于1687年,在牛頓之前,有幾位杰出的科學(xué)家對(duì)天文現(xiàn)象作了大量的觀測(cè)和研究,積累了豐富的資料.首先,亞里士多德(Aristotle)在前輩思想的基礎(chǔ)上建立了以地球?yàn)橹行牡牡匦恼f的宇宙模型,因?yàn)樵搶W(xué)說符合了教會(huì)的教義,所以一直統(tǒng)治了人類的思想意識(shí)差不多一千多年,直至15世紀(jì)的哥白尼的時(shí)代為止.尼古拉·哥白尼(Nicolas Copernicus)系波蘭的天文學(xué)家,在1543年發(fā)表了《天體運(yùn)行論》,提出了以太陽為中心的日心說.該學(xué)說是科學(xué)史上的一次革命,開創(chuàng)了科學(xué)宇宙觀的新紀(jì)元,從此,自然科學(xué)就掙脫了神學(xué)的桎梏. 伽利略(Galileo)也支持日心學(xué)說,他在1632年發(fā)表了《關(guān)于托勒密與哥白尼兩大世界也體系的對(duì)話》一書,進(jìn)一步宣傳日心學(xué)說.德國的科學(xué)家開普勒(Kepler)通過進(jìn)一步的觀察和分析,在1619年發(fā)表了行星運(yùn)動(dòng)的三定律. 后來,牛頓根據(jù)開普的三定律推導(dǎo)出了萬有引力定律.萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)第一次從天體運(yùn)動(dòng)的方面發(fā)現(xiàn)了宇宙間普遍存在的基本相互作用,而且解釋了眾多的天文現(xiàn)象,令當(dāng)時(shí)的人們對(duì)牛頓印象頗深.雖然萬有引力定律在天文學(xué)方面取得巨大的成功,但它至少在三個(gè)方面是無法解釋的.

一是萬有引力產(chǎn)生的原因,即其本質(zhì)的問題.宇宙間任何兩個(gè)物質(zhì)為什么會(huì)產(chǎn)生引力作用呢?牛頓也無法說明,他自己就承認(rèn)〝直到目前,我以重力來說明天體和海洋現(xiàn)象,但我還不能說明重力的原因〞.萊布尼茲(Gottfried Wilhelm Leibniz)認(rèn)為,萬有引力是一種說不清道不明〝隱秘的質(zhì)〞.牛頓無法解釋,最后他就像在辯論會(huì)上理屈詞窮般竟然這樣解釋萬有引力,上帝以一種完全不屬于人類的方式,一種完全不屬于物質(zhì)的方式,一種我們絕對(duì)不可知的方式行事,就像盲人對(duì)顏色毫無概念一樣,我們對(duì)全能的上帝感知和理解一切事物的方式一無所知…我們能知道他的屬性,但對(duì)任何事物的本質(zhì)卻一無所知…我們無法運(yùn)用感官或任何思維反映作用獲知它們的內(nèi)在本質(zhì),而對(duì)上帝的本質(zhì)更是一無所知.以現(xiàn)在的眼光來看,把不能解釋的事物推給上帝,是無法令人信服的.

二是萬有引力的超距作用.牛頓在他的萬有引力定律中,把相距很遠(yuǎn)的兩個(gè)物體來研究,而不考慮二者相互作用的傳遞媒質(zhì),也不考慮從一方施力到另一方受力所需的時(shí)間.這是一種所謂的超距作用.我們可以舉例來說明,假如我們從高處擲下一塊石頭,石頭就會(huì)在地球的引力作用下作自由落體運(yùn)動(dòng).石頭為什么會(huì)下落呢?如果石頭和地球之間沒有受到一種中介媒質(zhì)的作用,而是受到一種所謂的超距作用,是沒有說服力的.愛因斯坦(Einstein)認(rèn)為,作用于石頭和地球之間的中介媒質(zhì)是一種稱為引力子的物質(zhì).引力子是人們假想出來的物質(zhì),因?yàn)樗两駸o法在實(shí)驗(yàn)室中觀察得到.如果我們仔細(xì)研究引力子的特點(diǎn)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)引力子傳遞引力的方向指向有質(zhì)量物質(zhì)的中心，也就是說，引力子有向有質(zhì)量物質(zhì)中心運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)．愛因斯坦認(rèn)為，一個(gè)靜質(zhì)量為零的粒子，在任一慣性系中都只能以光速運(yùn)動(dòng)，永遠(yuǎn)不會(huì)停止．所以我們可以認(rèn)為引力傳遞的速度為光速．可是引力子為什么具有這種性質(zhì)呢？

三是萬有引力違背了能量守恒定律．能量守恒定律告訴我們，宇宙間的能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生也不會(huì)憑空消失，它只能從一種能量形式轉(zhuǎn)化為另一種能量形式．萬有引力是怎樣違背能量守恒定律的呢？我們可以舉例說明．

Ⅰ，物質(zhì)的能量憑空產(chǎn)生．假如宇宙間存在兩個(gè)相距一定距離的有質(zhì)量的物質(zhì)，我們令二物質(zhì)相互靠近，則兩物質(zhì)在引力的作用下兩物質(zhì)的速度就會(huì)越來越大，所以其動(dòng)能就會(huì)越來越大，從而兩物質(zhì)的總機(jī)械能就會(huì)增加．我們可以說，物質(zhì)增加的能量來自引力的勢(shì)能，但在萬有引力的本質(zhì)無法解釋的情況下，我們就可以認(rèn)為，在此,物質(zhì)能量是憑空產(chǎn)生的，這就違背了能量守恒定律．

Ⅱ，流星能量的增加．地球外的小行星在接近地球時(shí)，受到地球引力的作用，改變其原有的軌道，進(jìn)入地球的大氣層，成為流星，在此過程中，其指向地球的速度增大，所以其動(dòng)能也是增大的．我們可以認(rèn)為流星增加的能量來地球的引力，但在萬有引力的本質(zhì)尚未弄清的情況下，我們是認(rèn)為這是違背能量守恒定律的．

Ⅲ，地球的內(nèi)能．地球自誕生之日起，無時(shí)無刻向宇宙的空間釋放著內(nèi)能，其主要的表現(xiàn)形式為地震、火山爆發(fā)、地?zé)岷偷刭|(zhì)運(yùn)動(dòng)等。若單獨(dú)研究懸浮于宇宙中的地球，它所能接受的能量來自太陽的輻射和其它宇宙的輻射。但這些能量僅僅能維持地球地表的溫度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足地球向宇宙空間釋放的能量。地球的內(nèi)能如熾熱的巖漿所具的熱能，是地球內(nèi)部的巖石受到引力的擠壓而變?yōu)槿廴诘臓顟B(tài)，所以我們可以認(rèn)為地球的內(nèi)能系引力提供的，那么引力就憑空創(chuàng)造了能量，違背了能量守恒定律。

Ⅳ，大洋的潮汐作用。我們知道，地球表面的水膜受到月球和太陽的引力作用，同時(shí)加上三者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，才產(chǎn)生了大洋的潮汐現(xiàn)象。其具體的作用過程，我們將在下面幾個(gè)章節(jié)里詳細(xì)介紹。大洋的潮汐蘊(yùn)藏了巨大的能量，這些能量來自那里呢？我們當(dāng)然可以認(rèn)為是來自引力，但先不說引力的本質(zhì)尚未弄清，但就以太陽、月球和地球作為一個(gè)系統(tǒng)來看，如果引力維持潮汐的能量，其總能量就會(huì)慢慢變少的，而該系統(tǒng)的總能量的表現(xiàn)的量是三者的距離和動(dòng)能，但是至今尚未發(fā)現(xiàn)三者的距離和相對(duì)速度變小的證據(jù)。這只能說明引力憑空創(chuàng)造了能量，從而違背了能量守恒定律。

Ⅴ,太陽及其它恒星的能量。太陽無時(shí)無刻都在向宇宙的空間釋放著巨大的能量 ，現(xiàn)在我們知道，這些能量的來自其內(nèi)部的氫、氦的聚變，其具體的反應(yīng)過程在下面的幾個(gè)章節(jié)具體介紹。但是我們可以從另一個(gè)方面來看問題，如果太陽及其它恒星的氫、氦沒有其強(qiáng)大引力的擠壓，就不會(huì)產(chǎn)生氫、氦聚變反應(yīng)的條件。就如榨油一樣，豆類種子油料如果沒有外界的力量的壓榨，油料是不會(huì)自己出來的。所以我們可以說太陽及其它恒星的能量至少一部分是來自引力的勢(shì)能，引力就憑空產(chǎn)生了能量，違背了能量守恒定律。

萬有引力定律在宇宙學(xué)中占有極其重要的地位，宇宙中天體的運(yùn)動(dòng)定律及宇宙的演化都是以萬有引力定律來演繹的。如果解決不了萬有引力的本質(zhì)的問題，就會(huì)令宇宙學(xué)陷入神學(xué)范疇的尷尬境地，如愛因斯坦曾說過，開始時(shí)（假如有這樣的開始）上帝創(chuàng)造了牛頓的運(yùn)動(dòng)定律以及必須的質(zhì)量和力，這就一切；此外的一切都可以用演繹法從適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法發(fā)展出來。

愛因斯坦無法把萬有引力納入其狹義相對(duì)論中，他曾這樣說過，

牛頓的引力定律我們無論如何費(fèi)盡心機(jī)也無法將其簡(jiǎn)化運(yùn)用到狹義相對(duì)論范疇中去。于是他就另辟溪徑，把引力看作是時(shí)空的彎曲，于1905年建立狹義相對(duì)論,隨后于1915-1916年完成廣義相對(duì)論。廣義相對(duì)論認(rèn)為，具有質(zhì)量的物質(zhì)使它附近的時(shí)空由平直變得彎曲，即所謂的彎曲的黎曼空間，引力所表現(xiàn)的效果是引起背景時(shí)空的彎曲，引力場(chǎng)中的物體不是受到力的作用而是在彎曲時(shí)空背景上自由運(yùn)動(dòng)，即沿著彎曲時(shí)空的最短路線—短程線運(yùn)動(dòng)。既然物體在引力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是其在彎曲時(shí)空背景上沿短程線作自由運(yùn)動(dòng)，那么我們可以說，不同速度的物質(zhì)在具有質(zhì)量的物質(zhì)的周圍的引力場(chǎng)中需沿著不同的短程線。這一點(diǎn)，我們可以以太陽系為例來進(jìn)行說明，因?yàn)樘栂档男行鞘茄刂煌能壍肋\(yùn)行的。

那么我們不禁要問，具有質(zhì)量的物質(zhì)為什么會(huì)引起時(shí)空的彎曲呢？愛因斯坦并沒有說明。