編者按：本文最初發表於1961年3月刊的《大眾科學》雜誌。
在文明人相信世界是平的時代，他們沒有理由去思考引力。那時只有上和下。所有物質都自然地傾向於向下運動，或者說下落，沒有人想到要問為什麼。絕對的上下方向的概念一直延續到中世紀，當時人們仍然用它來證明地球不可能是圓的。
刺破關於落體經院思想迷霧的第一縷曙光，來自伽利略·伽利萊的工作。由於自由落體太快而無法直接測量，伽利略決定透過研究放置在斜面上的物體來稀釋運動。他認為——在當時這是一個新穎的論點——由於放在水平面上的球根本不動，並且由於平行於垂直面下落的球的運動速度與表面不存在時一樣快，因此斜面上的球應該以取決於傾斜角度的中間速度滾動。透過讓球在不同角度的斜面上滾動，他觀察了它們的行進速度和在不同時間間隔內覆蓋的距離，他用滴水計時器測量時間間隔。實驗表明，在任何角度下，速度的增加都與時間（從釋放時刻算起）成正比，並且覆蓋的距離的增加與時間的平方成正比。伽利略還觀察到，如果從同一斜面的同一高度同時釋放一個重鐵球和一個輕得多的木球，它們會並排滾落。
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為了以另一種方式稀釋自由落體，他使用了簡單的單擺——用細繩懸掛的重物。在這裡，透過改變繩子的長度來調整重物沿其運動的弧線的陡峭程度。事實證明，即使重量發生變化，相同長度的單擺也具有相同的振盪週期，這一結果與斜面實驗的結果一致。從所有這些觀察中，伽利略被引導推斷，在自由落體中，所有物質物體，無論輕重，也都以完全相同的方式運動。這一想法直接與當時盛行的亞里士多德哲學學派的觀點相矛盾，後者認為較重的物體比輕的物體下落得更快。根據著名的傳說，這個傳說可能是真的，也可能不是真的，伽利略爬上比薩斜塔，扔下一個輕球和一個重球，它們同時落地，這讓當時的哲學家們感到震驚。
牛頓引力定律
這些研究為力學科學奠定了基礎。主要結構是由艾薩克·牛頓建立的，他出生於伽利略去世的那一年。牛頓在他的運動定律中引入了力和慣性質量的概念。當力施加到物質物體上時，它會改變它們的速度或運動方向，或兩者都改變。它們的慣性質量會抵抗這些變化。牛頓指出，物體的速度變化率（加速度）與作用在其上的力成正比，與它的質量成反比。力加倍，加速度加倍；質量加倍，加速度減半；如果力和質量都加倍，加速度保持不變。根據這項定律，伽利略關於自由落體的結論暗示了一個通常被認為是理所當然的事實，但實際上非常奇怪；即，物體的重量（即地球對其的引力）與它的慣性質量嚴格成正比。否則，相同尺寸的鐵球和木球不會以相同的速度下落。如果兩個物體在下落時具有相同的加速度，那麼鐵球中抵抗運動變化的慣性質量必須大於木球中的慣性質量，其比例與鐵球上的向下力更大的比例完全相同。這種比例關係遠非微不足道；事實上，它只對引力成立，而不適用於其他常見的力，例如電力和磁力。因此，雖然電子和質子在引力場中會以相同的加速度下落，但當這些粒子放置在電場中時，電子的加速度是質子的 1,836 倍。
從他對朝地球下落的球（或蘋果）的分析中，牛頓開始更廣泛地考慮引力。他的思路在他《原理》中的一個非常有趣的討論中得到了證明。他說，假設我們從一座高聳於大氣層之上的山頂水平射出一顆子彈。子彈將沿著彎曲的軌跡運動，並擊中山腳下一定距離處的地球表面。槍口速度越大，子彈著陸點離山越遠。在足夠高的初始速度下，子彈將落在山的正對面；在更高的速度下，它將永遠不會擊中地面，而是像一顆小月亮一樣繼續繞地球旋轉。牛頓認為，如果可以用這種方式製造人造衛星，為什麼不假設天然衛星月球的運動也是自由落體呢？如果月球因為地球的引力而繞地球旋轉，那麼假設地球本身也被太陽的引力束縛在繞太陽的軌道上，難道不合邏輯嗎？那麼，對於所有其他行星及其衛星來說，這難道不是也成立的嗎？因此，產生了意義極其重大的普遍引力思想，它指出宇宙中所有物質物體都相互吸引，其力的大小取決於它們的質量和相互距離。
為了確定力與質量和距離的確切關係，牛頓首先假設，由於地球與靠近其表面的每個物體之間的力與物體的慣性質量成正比，因此力也應該與地球的慣性質量成正比。這立即解釋了為什麼兩個蘋果這樣的小質量物體之間的引力從未被注意到。它太弱了。直到牛頓去世半個世紀後，另一位英國天才亨利·卡文迪許才透過實驗證明了這種力的存在。
在假定兩個物體之間的引力與它們質量的乘積成正比之後，牛頓隨後研究了對距離的依賴性。他將保持月球在其軌道上執行所需的力（距離地球中心 60 個地球半徑）與蘋果在距離地球中心只有一個半徑的距離處所受的力進行了比較。這裡重要的是要認識到，兩個物體之間質量的巨大差異並不影響比較的有效性。事實上，一個放置在月球距離處的蘋果，如果賦予其軌道速度，它將像月球一樣繞地球運動；同樣，如果可以將月球懸掛在樹枝上，它也會像蘋果一樣快地掉到地上。牛頓的數學分析表明，引力隨著吸引物體之間距離的平方而減小。
他現在可以寫出引力的公式：F = G (M1M2)/d2• G 是比例常數，或引力常數。這是一個非常小的數字；如果質量以克為單位測量，距離以釐米為單位測量，G 大約是 0.000000066。這意味著一對相隔一釐米的一克砝碼，它們之間的吸引力略大於 6 億分之一達因，或約 6 千億分之一克的重量。
牛頓將萬有引力定律與他的運動定律相結合，得以在數學上推匯出約翰內斯·開普勒發現的行星運動規律。在隨後的難忘時代，牛頓和他的後繼者們解釋了天體的運動，直至最細微的細節。但是，引力相互作用的本質，特別是引力質量和慣性質量之間神秘的比例關係的原因，在 200 多年的時間裡一直完全隱藏著。
愛因斯坦引力定律
然後，在 1914 年，阿爾伯特·愛因斯坦揭開了面紗。他提出的思想源於他十年前提出的狹義相對論。該理論基於這樣的假設：在封閉的艙室內進行的任何觀測都無法回答艙室是靜止還是沿直線勻速運動的問題。因此，像作者寫下這些文字時的情況一樣——在平穩海面上航行的S.S. Queen Elizabeth號的內艙中——一個人無法進行任何實驗，無論是機械的、光學的還是任何其他型別的，來告訴他船舶是真的在運動還是停在港口。但是，讓暴風雨來臨，情況就會痛苦地改變；與勻速運動的偏差是顯而易見的。
為了處理非勻速運動的問題，愛因斯坦想象了一個位於遠離任何大型引力質量的宇宙飛船中的實驗室。如果飛行器相對於遙遠的恆星處於靜止或勻速運動狀態，那麼內部的觀察者以及所有未固定在牆壁上的儀器都將自由漂浮。將沒有上和下。然而，一旦火箭發動機啟動，飛船加速，儀器和人員將被壓向與運動方向相反的牆壁。這面牆將成為地板，對面的牆將成為天花板，人們將能夠像在地面上一樣站立和移動。事實上，如果加速度等於地球表面上的重力加速度，乘客們很可能會認為他們的飛船仍然停留在發射臺上。
假設其中一位乘客同時釋放兩個球體，一個鐵球和一個木球，他一直將它們並排握在手中。“實際”發生的事情可以描述如下：當球體被握住時，它們與觀察者和整個飛船一起進行加速運動。當它們被釋放時，它們不再由火箭發動機驅動。現在它們將並排移動，每個球的速度都等於釋放時宇宙飛船的速度。然而，飛船本身將不斷加速，飛船的“地板”將迅速超過這兩個球並同時擊中它們。
對於飛船內的觀察者來說，實驗看起來會有所不同。他會看到球落下並在同一時間撞擊“地板”。回想起伽利略在比薩斜塔上的演示，他會確信他的太空實驗室中存在一個普通的引力場。
對觀察到的事件的兩種描述都是正確的；兩種觀點的等效性是愛因斯坦引力相對論的基礎。然而，如果等效原理僅適用於機械現象，那麼加速艙室和“真實”引力場中進行的觀測之間的這種所謂的等效原理將是微不足道的。愛因斯坦深刻的洞察力在於，該原理非常普遍，也適用於光學和其他電磁現象。
想象一下，一束光線在“水平”方向上傳播穿過太空實驗室。它的路徑可以透過一系列等距間隔的垂直熒光玻璃板來追蹤。同樣，實際發生的情況是，光束以恆定速度沿直線傳播，而玻璃板以不斷增加的速度穿過其路徑。光束從一塊板傳播到下一塊板所花費的時間相同，但板在每個連續的間隔內移動得更遠。因此，熒光點的圖案顯示地板以越來越快的速度接近光束。如果艙室內的觀察者在這些點之間畫一條線，對他來說，這條線看起來會像一條朝地板彎曲的拋物線。由於他認為加速現象是由引力引起的，他會說當光線在引力場中傳播時會發生彎曲。
因此，愛因斯坦得出結論，如果等效原理在所有物理學中都成立，那麼來自遙遠恆星的光線在到達地球途中經過太陽附近時，應該向太陽彎曲。這一預測在 1919 年得到英國天文學家小組的精彩證實，他們觀測了非洲的日全食。隨著遮蔽陽光的月球熄滅了陽光，人們看到太陽盤邊緣附近的恆星偏離太陽約 1.75 角秒。
相對論旋轉木馬
接下來，讓我們考慮另一種型別的加速運動——勻速旋轉。（以恆定速度在圓形路徑上運動的物體會因其方向的不斷變化而加速。）想象一個周圍有簾子的旋轉木馬，這樣裡面的人就無法透過觀察周圍環境來判斷它是否在旋轉。如果旋轉木馬在轉動，觀察者會意識到離心力，這種力會將他們向外推向邊緣。放在平臺上的球會從中心滾開。作用在平臺上任何物體上的離心力將與物體的慣性質量成正比，因此在這裡，加速運動的影響可以被認為是等同於引力場的影響。當然，這是一個特殊的場；它與地球表面或任何其他球形物體表面的場截然不同。力方向遠離系統中心，而不是朝向中心；並且它不是隨著距中心距離的平方而減小，而是與該距離成正比地增加。此外，該場圍繞中心軸具有圓柱對稱性，而不是圍繞中心點具有球對稱性。然而，等效原理仍然成立，並且該場可以被解釋為是由分佈在對稱軸周圍遠處的大量引力質量引起的。
光將如何在這個場中傳播？假設一個光源在旋轉盤的邊緣上的一個點 A 處，向各個方向發出光線，並在第二個點 B 處被觀察到，B 也位於邊緣。根據光學基本定律，光總是沿著最短路徑傳播。但是，A 和 B 之間的最短路徑是什麼？為了測量連線點 A 和 B 的各種線的長度，觀察者使用古老但始終安全的方法，即計算可以沿線端到端放置的碼尺的數量。
當我們從外部觀察實驗時，我們回想起狹義相對論，它告訴我們，運動的碼尺會沿著其運動方向收縮。因此，我們看到，如果觀察者沿著從 A 到 B 的“真實”直線測量，他的碼尺會收縮，並且與平臺不移動的情況相比，他需要更多的碼尺來測量該線。現在出現了一個有趣的點。碼尺離旋轉木馬中心越近，其線速度越小，因此其收縮也越小。透過將碼尺線向中心彎曲，觀察者減少了他從 A 到 B 所需的數量。雖然“實際”距離略長，但每個碼尺的收縮較小，這種增加得到了充分補償。沿著這條最短路徑的光線，在其旅程開始時向內，然後向外彎曲，可以被認為是被視在引力場偏轉，該引力場徑向向外。
在離開旋轉木馬之前，讓我們再考慮一個實驗。一對相同的時鐘放置在平臺上，一個靠近中心，另一個在邊緣。與碼尺的情況一樣，外部時鐘比內部時鐘移動得更快，狹義相對論再次預測了它們行為的差異。除了導致碼尺收縮外，運動還會使時鐘變慢。因此，外部時鐘相對於內部時鐘會變慢。現在，將加速效應解釋為引力場的觀察者會說，放置在較高引力勢（即引力作用方向）中的時鐘執行較慢。
雖然我們無法在此處詳細介紹，但愛因斯坦的論證表明，在正常的引力場（例如地球上的引力場）中，也會出現相同的效應。在這裡，場是向下的，因此海平面的時鐘比山頂的時鐘執行得慢。減速同樣適用於所有其他物理、化學和生物現象，在帝國大廈一樓工作的打字員比在她頂層工作的雙胞胎姐妹衰老得更慢。更強的場會產生更大的減速。太陽表面的時鐘比地球上的時鐘慢 0.0001%。
顯然，我們無法將時鐘放在太陽上，但我們可以觀察產生太陽光譜中各種譜線的原子振動速率。如果這些天然時鐘變慢，它們發出的光應該向光譜的低頻或紅色端移動。這種“引力紅移”是愛因斯坦預測的。在太陽光譜的譜線中確實發現了這種紅移，但它太小了，幾乎處於觀測精度的極限。密度大得多的白矮星的光譜，預計其紅移比太陽大 40 倍，與該理論非常吻合。
天文證據不如可以在地面實驗室進行的實驗那樣令人滿意。然而，直到幾年前，似乎還沒有希望測量地球引力場中不同高度時鐘之間預測的微小差異。然後，慕尼黑大學的 R. L. 穆斯堡爾找到了一種方法來產生頻率非常純淨的核伽馬射線，並測量其頻率的極小變化 [參見 Sergio De Benedetti 的文章“穆斯堡爾效應”；《大眾科學》，1960 年 4 月]。抓住這個新機會，一些研究人員繼續證明，在地球場中僅相隔幾十英尺的兩個核“時鐘”以可測量的不同速率執行，並且該差異與愛因斯坦預測的完全一致，在實驗誤差範圍內。如果還需要更多的驗證，那麼當人造衛星中的原子鐘與地面上的原子鐘進行比較時，幾乎肯定會獲得另一種驗證。
因此，我們看到在引力場中，時鐘執行緩慢，光線沿場方向彎曲，直線不是兩點之間的最短距離。然而，除了真空中的光路或兩點之間的最短距離之外，如何定義“直線”呢？愛因斯坦的想法是保留這個定義。他沒有說光線和最短距離是彎曲的，而是建議空間本身（更準確地說是時空）是彎曲的。很難想象彎曲的三維空間，更不用說彎曲的四維時空了，但透過與二維表面的類比，可以對它的含義有所瞭解。我們都在學校學到的歐幾里得幾何學適用於可以在平面上繪製的圖形。如果幾何圖形繪製在曲面上，例如球體或馬鞍形表面，則許多歐幾里得定理都不成立。
特別是，平面三角形的角度之和等於 180 度。在球面三角形中，角度之和大於 180 度，而在馬鞍形表面上繪製的三角形中，角度之和小於 180 度。誠然，從三維角度來看，球面和馬鞍形表面上形成三角形的線不是直線，但如果僅限於所討論的表面，它們是點之間“最直”（即最短）的線。數學家稱這種線為測地線，或簡稱為大地線。
在三維空間中，測地線根據定義是光線傳播的路徑。考慮由三條這樣的測地線組成的三角形。如果角度之和等於 180 度，則該空間被稱為是平坦的。如果總和大於 180 度，我們說該空間是球形的，或正彎曲的；如果小於 180 度，我們說它是馬鞍形的，或負彎曲的。由於光線向太陽彎曲，位於地球、火星和金星上的天文學家將測得行星之間傳播的光線形成的三角形的角度大於 180 度。因此，我們可以說太陽周圍的空間是正彎曲的。另一方面，在旋轉木馬型別的引力場中，三角形的角度之和小於 180 度，並且該空間在負方向上彎曲。
以上論證代表了愛因斯坦引力理論的基礎。在牛頓的觀點中，太陽在其周圍的空間中產生一個力場，使行星沿著彎曲的軌跡而不是直線運動。在愛因斯坦的圖景中，空間本身變得彎曲，行星沿著彎曲空間中最直（測地線）的線運動。這裡我們談論的是四維時空連續體中的測地線。當然，說軌道本身是三維空間中的測地線是錯誤的。
愛因斯坦將引力解釋為時空曲率，其結果與經典牛頓理論的結果並不完全相同。我們已經提到了光線的彎曲。相對論也給出了物質物體運動的略微不同的答案。例如，它解釋了水星軌道主軸進動速度的計算值與觀測值之間的差異，這代表了經典天體力學長期存在的謎團。
引力波
牛頓的質量之間引力相互作用定律與電荷之間靜電相互作用定律非常相似，愛因斯坦的引力場理論與詹姆斯·克拉克·麥克斯韋的電磁場理論有許多共同要素。因此，很自然地會想到，振盪質量應該會產生引力波，正如振盪電荷會產生電磁波一樣。在 1918 年發表的一篇著名文章中，愛因斯坦確實獲得了他的廣義相對論基本方程的解，這些解代表了透過空間以光速傳播的引力擾動。如果它們存在，引力波必須攜帶能量；但是它們的強度，或它們傳輸的能量量，非常小。例如，地球在其繞太陽的軌道運動中，應該發出約 0.001 瓦的功率，這將導致它在十億年內向太陽方向下落百萬分之一釐米！
還沒有人想到檢測如此微弱的波的方法。事實上，一些理論家，其中包括阿瑟·愛丁頓爵士，認為引力波根本不代表任何物理現實，而僅僅是一種數學虛構，可以透過適當選擇時空座標從方程中消除。然而，更徹底的分析表明，情況並非如此，引力波雖然微弱，但卻是真實的。
引力波是否像電磁波一樣被劃分為離散的能量包或量子？英國物理學家 P. A. M. 狄拉克在兩年前最終回答了這個問題，這個問題與量子理論一樣古老。他成功地將引力場方程量子化，並表明引力量子或“引力子”的能量等於普朗克常數 h 乘以它們的頻率——與給出光量子或光子能量的表示式相同。然而，引力子的自旋是光子自旋的兩倍。
由於引力波的微弱性，它在天體力學中並不重要。但是引力子是否可能在基本粒子的物理學中發揮作用呢？這些物質的終極組成部分以多種方式相互作用，透過發射或吸收適當的“場量子”。因此，電磁相互作用（例如帶相反電荷的物體之間的吸引力）涉及光子的發射或吸收；據推測，引力相互作用也與引力子有關。在過去的幾年裡，已經清楚地認識到，物質的相互作用分為不同的類別：（1）強相互作用，包括電磁力；（2）弱相互作用，例如放射性原子核的“β衰變”，其中發射出一個電子和一箇中微子；（3）引力相互作用，它比所謂的“弱”相互作用弱得多。
相互作用的強度與量子發射或吸收的速率或機率有關。例如，原子核大約需要 10 -12 秒（十億分之一秒的百萬分之一）才能發射一個光子。相比之下，中子的 β 衰變需要 12 分鐘——大約長 10 14 倍。可以計算出原子核發射引力子所需的時間為 1060 秒，即 10^53 年！這比弱相互作用慢了 10^58 倍。
現在，中微子本身就是與其他型別的物質的吸收機率極低（即相互作用）的粒子 [參見 Philip Morrison 的文章“中微子”；《大眾科學》，1956 年 1 月]。它們沒有電荷，也沒有質量。早在 1933 年，尼爾斯·玻爾就曾詢問：“[中微子] 與引力波的量子之間有什麼區別？”在所謂的弱相互作用中，中微子與其他粒子一起發射。那麼，僅涉及中微子的過程呢？例如，受激原子核發射中微子-反中微子對？沒有人探測到此類事件，但它們可能會發生，也許與引力相互作用在同一時間尺度上。一對中微子將提供自旋為 2，這是狄拉克計算出的引力子的值。當然，所有這些都純粹是推測，但中微子與引力之間的聯絡是一個令人興奮的理論可能性。
引力與電磁力
在邁克爾·法拉第的實驗室日記中，1849 年出現以下條目：“引力。當然，這種力必須能夠與電力、磁力和其他力建立實驗關係，以便將它與它們一起構建在相互作用和等效效應中。請考慮一下如何透過事實和試驗來著手處理這個問題。” 他為發現這種關係而進行的無數次實驗都徒勞無功，他在日記的這一部分結尾寫道：“我目前的試驗到此結束。結果是否定的。它們並沒有動搖我對引力與電力之間存在關係的強烈感覺，儘管它們沒有給出這種關係存在的證據。” 隨後的實驗努力也沒有取得任何成功。
愛因斯坦對將電磁場與引力場對齊進行了理論攻擊。在將引力簡化為時空連續體的幾何屬性之後，他確信電磁場也必須具有某種純粹的幾何解釋。然而，從這種信念中產生的“統一場”理論進展艱難，愛因斯坦去世時沒有產生任何像他早期工作那樣簡單、優雅和令人信服的東西。今天，越來越少的物理學家在研究統一場理論；大多數人確信將電磁場幾何化的努力是徒勞的。至少在作者看來，引力和電磁力之間的真正關係只能透過理解基本粒子的性質來找到——理解為什麼只存在具有某些慣性質量而不是其他質量的粒子——以及理解質量與粒子的電磁性質之間的關係。
作為該領域基本問題的一個例子，再次考慮引力和電磁相互作用的相對強度。與其比較量子發射所需的時間，不如比較一對中等質量粒子（例如 π 介子）之間的靜電力和引力之間的實際強度。計算表明，靜電力與引力的比率等於電子電荷的平方除以粒子質量的平方乘以引力常數：e2 / M2C。對於兩個 π 介子，該值為 10^40。任何聲稱描述電磁力與引力之間關係的理論都必須解釋這個比率。應該指出的是，該比率是一個純數字，無論使用什麼單位制來測量各種物理量，該比率都保持不變。這種純數學推匯出的無量綱常數，經常出現在理論公式中，但它們通常是小數字，例如 2π、5/3 等。
如何從數學上推匯出像 10^40 這樣大的常數？大約 20 年前，狄拉克提出了一個有趣的建議。他認為數字 10^40 實際上不是一個常數，而是一個隨時間變化的變數，並且與宇宙的年齡有關。根據宇宙演化論，該理論認為宇宙起源於“大爆炸”，宇宙現在大約有 5 × 10^9 年，或 10^17 秒的歷史。當然，年或秒是一個任意單位，我們更喜歡可以從物質和光的基本屬性中推匯出來的基本時間間隔。一個合理的時間間隔是光傳播等於基本粒子半徑的距離所需的時間長度。由於所有粒子的半徑都約為 3 × 10^-13 釐米，並且由於光速為每秒 3 × 10^10 釐米，因此這個基本時間單位為 3 × 10^-13 除以 3 × 10^10，或 10^-23 秒。為了用這個基本時間單位表示宇宙的年齡，我們將宇宙的年齡（以秒為單位，10^17）除以 10^-23，得到數字 10^40！因此，狄拉克說，電力與引力之比大的特點是宇宙的當前年齡。當宇宙的年齡是現在的一半時，這個比率也是其當前值的一半。由於有充分理由假設基本電荷不隨時間變化，狄拉克得出結論，引力常數必須正在減小，並且這種減小可能與宇宙的膨脹和填充宇宙的物質的穩定稀疏有關。
如果引力常數真的在減小，或者換句話說，如果引力一直在減弱，那麼我們的太陽系一定隨著宇宙一起膨脹。在早期，地球會更靠近太陽，因此比現在更熱。當狄拉克提出這個想法時，太陽系被認為大約有 30 億年的歷史。加州大學的愛德華·泰勒指出，在這樣的時間尺度上，地球在寒武紀時期（當時已經存在高度發達的海洋生物）會比水的沸點高 50 度。現在看來，太陽系可能已有 50 億年或更長時間的歷史，在這種情況下，寒武紀海洋雖然很熱，但不會被汽化。因此，如果寒武紀動植物能夠在非常熱的水中生存，那麼這個反對意見就失去了效力。
反引力
在他的一個故事中，H. G. 威爾斯描述了一位英國“發明家”卡沃爾先生，他發現了一種名為卡沃爾石的材料，這種材料可以阻擋重力。正如銅片可以遮蔽物體免受電力影響，鐵片可以遮蔽磁力一樣，一塊放置在物體下方的卡沃爾石片可以遮蔽物體免受地球引力的影響。卡沃爾先生建造了一個大型吊艙，周圍環繞著卡沃爾石製成的百葉窗。一天晚上，當月亮高懸時，他進入飛船，關閉了朝向地面的百葉窗，打開了朝向月球的百葉窗。由於與地球引力隔絕，只受到月球的引力，吊艙翱翔太空，最終將卡沃爾先生送到了我們衛星的表面。
為什麼這樣的發明是不可能的？或者可能嗎？牛頓萬有引力定律與支配電荷和磁極相互作用的定律之間存在著深刻的相似性。如果可以遮蔽電力和磁力，為什麼不能遮蔽重力呢？要回答這個問題，我們必須考慮電力和磁力遮蔽的機制。任何物質中的每個原子或分子都是一個由正負電荷組成的系統；在導電金屬中，有許多負電子可以自由地在帶正電離子的晶格中移動。當金屬被置於電場中時，自由電子會移動到材料的一側，使其帶負電荷，而另一側則帶正電荷。這種極化產生了一個新的電場，其方向與原始電場相反。因此，兩者可以相互抵消。同樣，磁遮蔽取決於磁性材料的原子是微小的磁體，其北極和南極排列起來產生與外部磁場相反的磁場。這裡，遮蔽效果也來自原子粒子的極化。
引力極化可能會使遮蔽重力成為可能，它要求物質由兩種粒子構成：一些帶有正引力質量的粒子，它們被地球吸引；另一些帶有負引力質量的粒子，它們被排斥。正負電荷以及南北磁極在自然界中同樣豐富，但帶有負引力質量的粒子至今仍是未知的，至少在普通原子和分子的結構中是如此。因此，普通物質不能被引力極化，也不能充當重力遮蔽。
然而，還有另一種物質——反物質——在許多方面與普通物質相反，包括其電磁性質。也許反粒子也具有負質量。乍一看，這似乎是一個容易決定的問題。人們只需觀察從加速器射出的水平反中子束，看看光束在地球引力場中是向下彎曲還是向上彎曲即可。實際上，這個實驗無法完成。加速器產生的粒子幾乎以光速運動；在水平傳播一公里的距離內，引力會使它們彎曲，無論是向上還是向下，只有大約 10-12 釐米，即原子核的直徑。也不能透過讓它們與“慢化劑”材料的原子核碰撞來減速，就像中子在原子反應堆中減速一樣。如果反粒子與它們的普通對應物碰撞，兩者都會在物質湮滅中消失。因此，從實驗的角度來看，關於反粒子的引力質量符號的問題仍然令人痛苦地懸而未決。
從理論的角度來看，這個問題也是懸而未決的，因為我們還沒有一個將引力相互作用和電磁相互作用聯絡起來的理論。如果未來的實驗證明反粒子確實具有負引力質量，那將透過證偽等效原理，對整個相對論引力理論造成致命打擊。一個反蘋果可能會在真正的引力場中向上掉落，但在愛因斯坦的加速宇宙飛船中卻很難做到這一點。如果真的發生了，外部觀察者會看到它以飛船兩倍的加速度運動，而沒有任何力作用在它身上。因此，反重力的發現將迫使我們在牛頓的慣性定律和愛因斯坦的等效原理之間做出選擇。作者真誠地希望這不會發生。