可以证明：万有引力常量Ｇ确实是变量　　科学探索系列18

　　万有引力公式    F1=GMm/r²                          (1)

　　G是万有引力常量，M、m是两物体的质量，r是两物体中心的间距。

　　向心力公式     F2=mv²/r                (2)  

　　当 F1= F2 时，  G=v²r/M                 (3)

　　（3）式中，V是环绕天体速度，r是环绕天体半径，M是中心天体质量。G是常量的意义就是，茫茫宇宙中 v²r/M  这个比值永远是固定不变的。要证明G是变量，就是对这个比值不变证伪。

　　但是用太阳系的已知数据验算  v²r/M 明显是“路旁苦李”，因为这些数据本来就是根据固定G值推算出来的，千万人验证过的游戏。但是千万人相信的未必就是真理，太阳系未必不能证明G是变量。

　　这样的契机出现在一些变化中。笔者的一项研究（重力的定义）表明，地球自转加快，月亮受到的重力变大，是月亮“渐离地球”的原因之一。如图，地球对月球的万有引力是A,在地球自转过程中，“来”的一侧受到削弱，“去”的一侧受到加强，月球实际受到的重力B，一定偏向地球东侧。力的作用是相互的，所以地球上的潮汐总是偏向轴心连线东侧。

　　如图所示，重力B大于万有引力A，是万有引力A与地球自转施加给月球的“惯性力”C的合力。在地球自转加快的时候，月球受到的重力同时加大，相当于对于地球的势能加大，动能就要减少，在宇宙背景中动能减小以后，一定要在对地球的势能“找补”回来 ，月球就要跃迁到更远的轨道，直到达成新的平衡。

　　如果没有这个月球，另一个月球运行在原来的轨道上……只要不限制它的速度，那么这种情况是允许存在的。因为半径不变但是向心力B比前者更大，根据向心力公式(2) 可知这个月球的公转速度更大。在 (3)式中，中心天体M不变，半径r不变，环绕速度变大，表示G值变大！

　　不考虑（太阳引力、月球进动等）干扰因素的前提下，月球可视为运行在重力等位面。月球受到的重力加大，跃迁到更远的轨道，因为角动量守恒速度同时变小。根据万有引力公式(1) 引力不变的前提下，半径越小G值越小。由此可证：距离中心天体越远G值越大（近小远大）！

　　月亮一例不是孤证。近年人们发现人造卫星有加快的迹象，根据公式（2），其实就是重力（向心力）变大了，卫星被人工手段控制在原来的轨道上，只能加快公转。代入(1)式说明G值变大了，没有其他解释。

　　为了让顽固派心服口服，为了研究G的更多性质，笔者再举一例：

　　假设在某个“平行宇宙”中，有一对中心天体和环绕天体的组合，如图1

　　中心天体质量是M，环绕天体质量是m，环绕半径是r，环绕速度是v，环绕天体轨道A是一个正圆。如果用一个恒星群均匀的包围图1组合，势必产生下列变化，如图2

　　环绕天体受到中心天体的引力被削弱，相当于对于中心天体的势能减小，动能就要增加，在宇宙背景中的动能增加，相对中心天体的势能势必再次变小，结果就是半径缩短公转速度加快。环绕天体既符合角动量守恒定律，又保持了固有的能量。

　　如果图3的环境中本来就有一对图1的组合，中心天体质量M（不变），环绕天体质量m（不变），环绕半径r不变，关键的区别是：这时候环绕天体公转所需向心力等于中心天体引力减去恒星群引力，一定小于图1中的向心力，根据公式（2），图3的公转速度一定小于图1的公转速度，代入（3）式，那么这个环境的G小于图1中的G 。同样步骤可证明：外界（恒星群）引力越大G越小。

　　如果来自恒星群某个方向的引力偏大，如图4，环绕天体的运动就会变成“圆周运动+钟摆运动”，构成一个椭圆轨道。因为环绕天体能量不变，所以又有固定的周期。说到这里，读者是不是有熟悉的感觉？

       话说（图4中）m星球已经具备了相当于地球的文明，百年前一个叫“马跃”的科学家发现了“万有引力定律”，一个在我们看来相当陌生的G值，已经以“科学”的名义出现在课本中。因为他们根据这个G值已经成功地发射了多颗卫星，当地人坚信：G是一个可以适用整个宇宙的常量。

　　证明完毕，还附赠穿越文！……好吧，《马跃传奇》以后再说，还是先探讨G的现实意义。

　　彗星的扁心率非常大的轨道和少数逆向公转的彗星证明，彗星是太阳系形成以后闯进来的“天外来客”。为什么彗星越接近太阳体积越大？因为彗星越接近太阳适用的G越小，对本身气态物质的束缚越小。同理，距离太阳越远G值越大，所以越远的行星吸积区越宽。因此，形成行星的过程中，距离太阳越远的行星之间的间隔越大（提丢斯-波得定则）。这种特点跟G直接有关系。

　　宇宙中充满了气体和尘埃。地球以平均每秒30公里的速度奔驰在这种环境中，亿万年中为什么没有丢失掉大气层或者损失其公转动能？因为行星轨道上（吸积区）氤氤的物质，具有同样的运动矢量。换句话说，行星吸积区的微小物质适用该行星同样的G值。换句话说：跑的一样快！

　　所以，地球上测量的G值，适用于“日—地”之间，适用于“地—月”之间，也适用于人造卫星。但是绝对不适用其它行星！事实上，采用地球上的G值，（开普勒第三定律）推算行星的质量，存在严重误差。水星、金星（实际G值应该偏小）质量远没有人们估计的那么大，甚至都没有卫星；木星、土星（实际G值应该偏大）及更远的行星质量被严重低估，结果换算出的密度小到不可思议。

　　太阳系中，在同一个方向上，距离太阳越近（太阳引力越大），适用的G值越小；银河系中，距离银心越近，“银河引力”越小，适用的G值越大。前者的意义是匡正学界的错误认知，后者的意义在于可以解释“银河系自旋同时所有恒星公转角速度大致相同”这种现象。区别是：子星系（太阳系）中引力越大，微小物质分布的密度越高；母星系（银河系）中，微小物质是“趋向”引力大的区域（银盘边缘）。G可能跟星系的演化有关系！

　　到了黑洞的地位，因为整个星系的“压力”（上篇），质量并不能无限增加。位于银河系中间的黑洞不断吞噬靠近的恒星，分解以后会从两极喷出大量质子、电子、气体和尘埃；强大的外向喷流在脱离黑洞电场以后，其中的质子和电子结合成大量氢气（银心被大量气体、尘埃包围，这就是我们能看到百亿光年之外，却看不清银心内部的原因）；大量微小物质被“某种”作用“推向”外围，在银盘边缘形成新的恒星吸积盘，产生新的子星系；气体和尘埃向外漫延的同时，恒星由外而内顺次进入“黑洞工厂”。所以在这个序列中（螺臂上），越远的恒星越年轻。相反，越向中心，恒星的年龄越大，恒星的密度也越大；同时，越向中心G值越大，恒星间的实际引力成倍增加。银河系中银核包含的不仅可见恒星的密度比较大，实际上不可见的死寂的恒星也全部集中在银核。

    因为质量越大的恒星，内部提供的温度、压力越高，产生的核聚变也越强烈；而且质量越大的恒星，内部参加核聚变的物质比例通常也越高，通常越大的恒星寿命越短。因为死寂的恒星普遍比太阳质量更大，有理由怀疑，科学家费尽心思寻找的暗物质，可能就是年老的已经死寂的恒星。它们质量巨大、数量众多，本身不再发光又距离遥远（太阳附近都是同龄的恒星），很难直接观察到。

　　恒星的命运是轮回的，星系的始终似乎要长久的多。看起来好像科幻文，不过90%的部分已被证实。笔者把这些联系到一起，怀疑G是物质世界的底层法则。