要了解引力波，首先要知晓什么是引力；要了解引力，又先要明白什么是力。

亚里士多德认为运动的原因是力，就是力让物体开始运动，而且还决定了物体运动的速度。听着蛮有道理，你看那板车，你不用力拉它会走吗？要想走得快，岂不要使更大的力气？骆驼祥子对此感受一定很深。

多年以后，有个叫伽利略的人说：“老亚，恐怕不对吧；你看那行进中的板车，你突然撒手，它也会继续运动的。此时板车并不受力啊，说明物体有保持自己原有运动状态的属性，是所谓‘动者恒动、静者恒静’”。这就推翻了亚里士多德的观点。

这么多年来，大家肯定有一种感觉，亚里士多德留下那么多理论就是用来被推翻的，反正他说的啥都不对。谁让他太牛，几乎对所有自然现象和社会现象都发表过自己的见解，他即便不是古希腊第一牛，也至少是榜眼或探花。其实牛人只扮演两种角色，一是让后人膜拜，二是让后人推翻或超越。

1642年，推翻亚里士多德的伽利略去世了，次年一个更牛的人横空出世了，不是别人，正是伊萨克·牛顿。

牛顿认为：力的作用不决定运动的速度，而是改变物体的运动速度。为了描写速度的变化率，牛顿首次引进了加速度的概念。牛顿第二定律正是这样说的：对物体的作用力正比于该物体的加速度。大家都知道，正比关系总要有个比例系数，这个系数就是质量。所以牛顿第二定律的数学形式就是F＝ma，其中F是力，m是质量，a是加速度。

不知大家在中学时代的老师是怎么讲质量的，反正我上中学那会儿，课本上是这样定义质量的：物体所含物质的多少。我当时就懵了，这语言看似简单，其实无法理解啊。比如质量是30克，什么叫含了30克的物质？用秤称一下，和重量又有什么本质区别呢？当然我现在明白，课本不想纠缠这个很深的概念。但现在要了解牛顿的精神，明白什么是引力，就不得不把质量的概念交代清楚。

牛顿刚才说了：对物体的作用力正比于该物体所获得的加速度，而比例系数就是质量m，也就是F＝ma。原来质量也就是个比例系数，并非物体所含物质的多少。这个比例系数的大小说明了什么？我们把F＝ma改写为a＝F/m，这个算式告诉我们，一旦外力F大小给定，分母m越大，则加速度a的数值越小。换句话说，质量越大的物体，你越难以改变它目前的状态，因为它惰性特别大，或者说质量大的东西就是特别懒的东西，让它动弹一下不容易。这样我们就明白了，质量是衡量物质惰性大小的一个物理量，但惰性听起来不太好听，于是就翻译成了惯性，质量m越大，惯性越大，就越能阻碍外力对它的加速，我们把这种质量称为惯性质量。

简而言之，惯性质量就是阻止外力对物体进行加速的物理量，就是外力与加速度之间的比例系数。

有人会纳闷，质量就质量，为什么非要说成惯性质量？那是因为还有另一种质量，由万有引力定律所规定的质量，我们称之为引力质量。

说到引力，那还要从亚里士多德说起，老亚确实了不起，总是给今人当靶子用。古希腊人已经感觉到，地球在吸引着地面附近的所有物体，使各种物体落向地球。亚里士多德根据他的观察得出了一个很直白的结论：越重的东西下落得越快，越轻的越慢。

后来的事大家都知道，又是那个伽利略，据说他在比萨斜塔上做了个实验，将两个不同重量的铁球同时扔下，结果两个铁球同时落地，亚老先生的论断再次崩盘。

不过顺便说一下，据专家考证，伽利略从未在斜塔上扔过什么铁球，而是在光滑斜面上做滑动木块的实验，从而得出的结果。

伽利略虽然发现了不同重量的物体会同时落地的自然现象，但并不能解释为什么。读者一定要牢记，科学就是要解释自然现象的内在机制，而不是停留在对自然现象的描绘上。对物理学家来说，还不能只停留在定性的解释上，各种因素要定量解读，多大、多小，这样数学对于自然科学的研究就很重要。

当然，伽利略后来去世了，但是牛顿诞生了。英国诗人蒲柏有诗云：“大自然和它的规律深藏在黑夜里/上帝说，让牛顿出世吧！/于是一切就都在光明之中。”有人说，这诗是不是吹捧得过分了？我觉得没有，牛顿绝对受得起这份褒扬。大家想一想，他竟然能将苹果落地与月球绕地球转这两个完全不相干的自然现象，统一在万有引力定律中，这简直就是神，男神，一生未婚的男神。

牛顿认为：宇宙万物之间都有吸引力。比如苹果和地球之间互相吸引，地球对苹果有多大引力，苹果就对地球有多大引力，作用力等于反作用力。牛顿这个想法真是太跳跃了，估计刚开始很多人骂他：你个碎碎念的牛顿，你吸引地球的力量难道和地球吸引你的力量一样大？你疯了吗？

但后来大家为啥开始疯狂膜拜牛顿？因为牛顿给出了引力公式，谁不信就去算一算。我们现在来介绍这个公式，大家中学都学过：

F当然是两个物体之间所产生的引力，M₁是物体一的质量，M₂是物体二的质量，分母上的R是两个物体之间的距离。而G是一个常数，万有引力常数。也就是说：两个物体之间的吸引力与两者的质量成正比，而与两者的距离平方成反比。换句话说，质量越大，吸引力越大；距离越远，吸引力越小。

但是要注意，在万有引力公式中的质量M₁和M₂，与牛顿第二定律的F＝ma中的惯性质量m完全不是一回事。刚才我们说了，惯性质量体现了物体的惰性，是衡量阻止外力对其加速的能力，惯性质量越大，外力想要改变原有状态越不容易。但万有引力公式中的质量是用来产生吸引力的，而且质量越大，产生的引力就越大，这和刚才的惯性质量完全不一样。所以说，此质量非彼质量，必须要区分开。于是我们将万有引力公式中的质量称为引力质量。

我总结一下：所谓惯性质量是指物体阻止外力发生作用的能力，而引力质量是物体自己能够产生多大引力的能力。这两个能力至少从表层看来是风马牛不相及的。

其实，这两个概念之所以区分起来这么费劲，完全是因为它们不应该都叫质量，干脆取两个不同的名字算了，比如一个叫惯量，另一个叫引量不就得了？物理学家为何要这样取名字呢？其中必有玄机。(www.daowen.com)

我们现在用牛顿的公式来定量地解释伽利略的发现，为什么两个不同质量的铁球会同时落地。这在中学的课本上就有，我们一起来复习一下。

一个质量为小m的铁球从斜塔扔下，会受到地球的引力，其大小就为。M是谁的质量？当然是地球的。再考虑地球对m的引力会给它带来多少加速度呢？根据牛顿第二定律得出，F＝ma。至此我们得到了两个算式，一个是，另一个是F＝ma。

小球m受到的外力就是地球对它的万有引力，所以两个算式左侧的F是一个东西，这样二者的右侧可以相等了，右侧就可以对接起来了。这对接起来的算式是：

两侧都有m，于是就抵消掉了。于是加速度

这意味着什么？意味着铁球m所获得的加速度与它自己的质量无关，因为算出的加速度公式中不再有m这一项了。

既然地球对铁球产生的加速度与铁球的质量无关，当然不同质量的铁球会同时落地，只要初速度一样。于是，牛顿用他的两个定律完美地解释了伽利略发现的现象。

以上所讲是对中学课本内容的复述，反正我上中学那会儿就是这样讲的。但刚才的推导过程中其实有一个严重的问题，不晓得大家注意到没有。

就是两侧都有m，于是就消除掉了，这是有大问题的。刚才我们说，F＝ma中的m是惯性质量，而中的m是引力质量，根本不是一回事，凭啥能消掉？牛顿说：肯定可以消掉，因为只有消掉了才能解释不同质量的物体同时落地的现象。

逻辑比较强的同学马上就意识到了，这是在循环论证啊，问你为啥会同时落地，你说两边可以消掉；问你为啥可以消掉，因为同时落地。

牛顿那么聪明，当然知道这不合适，但这的确让他相信——惯性质量就等于引力质量。于是他开始做另外的实验，来检验他的想法。

这就是单摆实验，估计不少人高中都做过，就是用不同质量、不同材料的小球，在平衡位置附近做小幅振动，结果发现单摆的周期与小球的质量和材料无关，由此说明惯性质量确实等于引力质量。

不过这个实验还是太粗糙，只是在10^-3的精度内进行了证实。后来有个叫厄缶的人在1900年开始用扭摆做实验，一做就是二十五年，他一辈子主要就干了这一件事，但很有成绩，将精度提高到10^-8。截至目前最高精度是10^-12。也就是说，在误差10^-12范围之内，惯性质量确实等于引力质量。

肯定会有同学问，在更高精度上，惯性质量还会等于引力质量吗？这谁也回答不了，科学最终要由实验来准确回答。

但是，爱因斯坦同学彻底相信了惯性质量就等于引力质量，并从中得到一个重要启发，还由此引出了等效原理，基于这个原理构建了恢宏的广义相对论大厦，这正是我们下一章要进行讲解的。

但是现在，我们如何在直观上去理解引力质量与惯性质量正好相等呢？当地球以万有引力召唤铁球的引力质量时，为何铁球正好用相等的惯性质量回应了地球？我可以打一个比方，惰性越强说明了人家势大，内涵大，所以不会被轻易改变，正是这种内涵的东西，它吸引力也越大；相反惰性小，就是墙头草，随便小风一吹就乱摆动，这种东西也缺乏对外的吸引力。

就拿中日两国在近代史来对比吧。为何日本明治维新成功了，中国的戊戌变法失败了，史学家给出了各种各样的细节解释，光绪无能啦，康梁书生啦，那都是表象，其实是因为中国的惰性或惯性太大。日本船小好调头，中国这艘这么大的船，要掉个头何其难也。

但也正因为中国的惰性大，它在人类历史上产生的引力也更大。一个真正研究世界史的人，会用多少精力去研究日本史呢？相反，他能不好好看中国史吗？根据汤因比的分类，日本文明不过是中华文明的卫星文明。为啥成了中国的卫星，因为我们惰性大、惯性大，所以产生的引力就特别大，于是日本就成了中国的卫星，绕着中国转。

大家注意，我刚才是在打比方。严格说，打比方只是一种讲解的方式，让大家从感觉上能理解某个抽象的道理，并不能起到论证的作用。真正解决惯性质量和引力质量为何相等的是另一位大神。

牛顿虽然发现了万有引力，但没有告诉我们引力本身是什么，是如何产生的。而且他自己也坦承对此并不知晓。只有等到另一个大神的出现，人类对引力的本质才有了全新的认识，原来引力就不是一种力。

那是什么？