你以为引力只能吸引？天文观测证明，引力也能排斥

中学物理课上老师告诉我们，月球围绕地球转、地球围绕太阳转、太阳系在银河系的一个悬臂上围绕银河系的中心转，都是因为牛顿所说的万有引力的作用，这种力是一种吸引力。但事实上并非如此，在大部分宇宙中，引力表现出排斥力。

牛顿的万有引力公式（F=GMm/r^2）指出了引力与质量之间的数量关系。按照牛顿的引力理论，任何有质量的两个物体之间都会产生吸引力，比如你和我之间、任意两个沙粒之间都会产生这种相互吸引的力量。

但牛顿的引力并没有直接说明引力的源头究竟是什么。1915年，爱因斯坦在新的物理现象（真空光速不变）的基础上，结合等效原理提出了替代牛顿引力的广义相对论。这个理论阐明了引力的源头是能量。

按照广义相对论，质量和能量才是自然界中最密切相关的能量组合，质量可以转换为能量，能量也可以转换为质量，所有的能量都会产生引力，因此你的声带引起的空气涟漪（声波）同样可以产生引力。可以说，广义相对论指出了引力的本源就是能量，更严格地说指的是能量密度。

我们暂且不管引力的源头究竟是什么，如果引力只有一种吸引的模式，那么将与天文学家所观测到的现象不符。如果引力只能吸引，那么这种力就会形成一张覆盖整个宇宙的大网牢牢地束缚住星系，阻止宇宙膨胀。

然而，1998年天文学家们发现，宇宙其实正在加速膨胀，这与引力只有吸引的理论相矛盾。换句话说，就是宇宙中应该还存在着一种同样是宏观的、能够对抗吸引力的排斥力存在，才能出现如今天文学家们所观测到的现象。

新现象与广义相对论并不矛盾，这还要重提前面提到的广义相对论指出的引力源头——能量密度。说能量密度这个词可能不直观，我们换一个容易理解的方式。在商业街经常能见到很多充气的拱门、假人什么的，这些充气的物体就是一个容纳气体的皮囊，里面的气体分子就像雨点敲打屋顶那样不断撞击着皮囊就把它们给撑起来了。

但我们并不能从这样的气体压力中检测到引力的存在，这是因为这些气体的压力在能量密度面前实在是太微弱了。只要想一想原子弹爆炸时，微小的能量损失就能产生巨大的能量释放也就能理解了。这个能量的转换满足爱因斯坦质能方程E=mc^2，换句话说，在能量密度面前，气体压力能产生的引力太过微弱，完全可以忽略不计。

气体压力能产生负压很容易理解，同样的能量密度也可以产生负压，理论上允许这种能产生负压的能量密度存在。因此，科学家们在没有探测到这种能量存在之前，假设存在这样一种能够产生负引力的能量，并将之命名为——暗能量。

暗能量可以产生负压，并且这种负压在数量级上大于能量密度，则广义相对论中这种物质所产生的引力就会取负值，也就是说，这种能量产生的相互作用不是吸引而是排斥。正是这种暗能量让星系之间彼此远离，而且越远的星系远离的速度越快。

尽管在中学物理课上，老师告诉我们引力是一种吸引力，但天文观测的结果表明，在宇宙大尺度范围上，引力表现出排斥力。