3月7日凌晨，清华大学的学生在该校操场上拍摄到我国空间站核心舱“天和”凌月的画面。

天和凌月（拍摄者：清华大学学生王世豪、李建松）

“天和”是中国空间站的核心舱。近期，天和核心舱频繁过境引发各地天文爱好者的关注，大家争相观测。

中国天宫空间站（图片来源于网络）

空间站离我们普通人的生活很远，大多通过图像或视频了解相关信息。

航天员王亚平在空间站上的生活（图片来源于网络）

我们在电视上看见空间站上生活的航天员悬浮在空中，飘来飘去，轻松自如地“飞行其间”，这种情景就是所谓的“无重力状态”。

我们知道“万物（一切物体）都具有一种相互吸引的力”，也就是万有引力。

可是，为什么在有引力的情况下，空间站里的航天员却感受不到重力呢？

这就要从牛顿开始说起。

牛顿与万有引力

牛顿

有故事说，牛顿在1666 年的某一天看见苹果从树上掉下来，于是想到了万有引力定律（这个故事多半不是真实的）。他指出，苹果从树上掉落和月球围绕地球运行同样都是万有引力作用的结果。

而在伽利略和牛顿以前，人们普遍持有的看法是：天上世界存在着月球、太阳和行星等，是与地上世界完全不同的两个世界，支配这两个世界的物理定律也全然不同。地上的物体，受到力的作用可以作各种不同的运动，而与地上世界不同，属于天上世界的天体却基本上只有一种运动，即圆周运动。

牛顿推翻了这种“常识”，他指出，天上世界和地上世界都只有一种统一的物理学。

按照万有引力理论，包括地球在内的太阳系的所有天体其实都是由原来的尘埃在万有引力的作用下一点一点地逐渐聚集而成。万有引力是支配全部宇宙的一种力。

可是，我们在日常生活中似乎并不能感应到万有引力，这是怎么一回事？

例如，桌子上隔开放置的两个苹果也在以极其微弱的万有引力在相互吸引，但这种吸引力实在太微弱，它被苹果和桌面之间的摩擦力抵消了。因此，由于存在摩擦力，我们基本上是察觉不到周围物体之间的万有引力效应。

万有引力与重力的区别

在平时语言中，万有引力和重力差不多是一个意思，然而有时候也需要加以区分。

由于地球在自转，地面上的一切物体都要受到一个不大的离心力的作用，这个离心力和万有引力的合力才是地球表面物体所受到的重力。物体下落的方向就是重力的方向。

这就是说，同平常的想象也许不同，物体（除非在赤道和两极地方）下落的方向并不是指向地球的中心，而是指向稍微偏离中心的某个位置。

在谈到宇宙空间天体之间的万有引力时，一般不说“重力”，而简单地只说“引力”。不仅牛顿力学，即使在广义相对论（现代引力理论）中，说到“引力”也是指万有引力。

英国科学家亨利·卡文迪许（1731～1810）在实验室里利用扭秤成功地测到了作用在大小不同的两对铅球之间的万有引力。

在万有引力的作用下，大球和小球互相靠近，使得悬挂一对小球的扭丝发生扭曲，导致连接两个小球的横杆出现转动。他通过测量小横杆转动的角度测到了极其微弱的万有引力。卡文迪许的实验首次测定了“万有引力常数”。

为什么空间站没有重力？

空间站距离地表的高度不过数百千米，同地球约6400千米的半径比起来也不能算很大的距离。地球的万有引力是距离地球越远越弱，在不过数百千米的高度，那里的万有引力大小同地面相差不是太大，虽有减弱，也不会减弱太多。

为什么空间站内竟然会没有重力呢？

这种无重力状态并不是由于距离地球太远造成的。空间站同月球一样，在围绕地球运行的过程中总在不断地“下落”，于是空间站内就好比在“自由下落的电梯”中一样，变成了无重力状态。

在自由下落（作加速运动）的电梯内是指向上方的惯性力（虚拟力）抵消了重力（万有引力）。在空间站内抵消重力的是什么力呢？

空间站围绕地球作圆周运动，这种情况同月球一样，也是指向地球中心方向的万有引力起到作圆周运动所必需的向心力的作用。

根据运动方程（力＝质量×加速度），空间站受到一个指向地球中心方向的万有引力的作用，就必然有一个指向地球中心方向的“加速度”。

圆周运动也是一种加速运动。按照运动方程，这个加速度的大小等于万有引力除以质量所得的值。

不过，圆周运动虽然是加速运动，却没有“速率的增减（速度大小变化），而只是“行进的方向发生变化（速度矢量的方向发生变化）。

空间站在作加速运动，在它内部就会作用着个指向背离地球方向（加速度的相反方向）的惯性力。对于圆周运动，这种惯性力叫作“离心力”，就如汽车拐弯时作曲线运动，汽车上的人会感觉到一种把他向曲线外侧推动的力，那也是离心力。

在空间站内部，这种离心力恰好同地球的万有引力取得平衡，二者的影响互相抵消，因而处于一种无重力状态。