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万有引力定律的验证

牛顿的万有引力理论，虽然不是普遍动力学原理的一部分，但在物理学发展中具有基本的重要性，（1）万有引力理论是重要的，因为它把许多不同的现象统一成一个“定律”，即开普勒行星运动的三个经验定律、月亮绕地球的运动、“苹果落地”及潮汐等.力图更简单地描述自然现象，一直是物理学追求的重要目标之一.（2）牛顿万有引力理论最初假定的是两大团粒子“超距”的相互作用，即中间无任何媒介.这种“超距作用”很难理解.牛顿事实上表达了这样的信念，即：经由真空而产生超距作用的思想是荒谬的.然而，牛顿在他的《原理》一书中说得很清楚，他的万有引力理论只是为（开普勒定律的）数学预言提供一个必要的工具，而不涉及引力的机制，即并不触及两个物体为什么互相吸引的问题，这一直是物理学家对待物理理论的主流哲学.一个引力定律只描述两个物体怎样相互吸引，而并不解释这两个物体为什么会相互吸引；对后一个问题的考虑已属物理学之外了.（3）在r点的一个物体m受到的来自R点的另一个物体M的万有引力，可以用一个（标量）势（能）加以表达　，，这就引入了R点的一个质量M在r点产生的引力场概念.这样一个静态场满足拉普拉斯方程或泊松方程.但是一个以有限速度在空间传播的场的完整概念还有待于19世纪法拉第和麦克斯韦的工作.（4）随着牛顿万有引力理论说明开普勒行星运动三大定律的巨大成功，爱德蒙·哈雷将此理论应用于彗星轨道.经数学家拉格朗日、拉普拉斯和高斯之手，天体力学学科诞生了，这个理论也被提升到定律的地位.

物体间的引力反比于其间距离的平方是引力的基本属性，在当前新发展的一些理论中，预言有一些新的弱作用粒子.由于它们的存在，有可能破坏这一基本属性.检验平方反比律不仅能进一步确定引力规律的精确程度与适用范围，还能判断某些新理论的真伪，影响着整个物理学的发展.人们还期待这一研究能对物理学统一的途径提供有益的线索与启示.虽然引力的平方反比律与库仑定律相似，但是对引力规律的检验要比对库仑定律检验困难得多.

目前在较大的距离上，例如在太阳系尺度范围内，引力的平方反比定律已经有了较好的证据.通过对各行星、宇宙飞船、人造卫星以及火箭等的运行轨道的研究证明，平方反比定律中的距离r^2±δ的δ精度已达到了10^-8.然而在较小的距离上，例如1米以下到几厘米，δ的精度目前只能达到10^-3.近距离的实验更具有较大的困难：首先与小物体间的距离越小，引力就越弱，难以准确测量；其次，在近距离下，引力干扰相应加大，在引力不可屏蔽的情况下，实验结果的可靠性就成了问题.澳大利亚的地球物理学家斯塔西等人，通过测量几千米深矿井中的地球引力，再与地面上的地球引力做比较，来判断近距离下的平方反比定律.然而，这种方法需事先假定地球是一个匀质球体或椭球体，从他们得到的实验结果来看，很难说明是平方反比律不准确还是地球本身是非匀质的.