作为我们所经历的最普遍的行为之一，难怪即使是最早的科学家也试图理解为什么物体会掉向地面。希腊哲学家亚里士多德最早、最全面地试图对这种行为作出科学解释，他提出了物体向其“自然位置”移动的观点

地球元素的自然位置在地球的中心（当然，在亚里士多德的地心模型中，地球是宇宙的中心）。环绕地球的是一个同心球体，它是水的自然领域，被空气的自然领域包围，然后是上面的火的自然领域。因此，地球在水中下沉，水在空中下沉，火焰在空中升起。在亚里士多德的模型中，一切都会被吸引到它的自然位置，这与我们对世界如何运转的直觉理解和基本观察是相当一致的。

亚里士多德进一步相信物体下落的速度与其重量成正比。换句话说，如果你拿一个木制物体和一个同样大小的金属物体，把它们都扔了，那么较重的金属物体会以相应的速度掉下来。

伽利略与运动

亚里士多德关于物质自然位置运动的哲学支配了大约2000年，直到伽利略-伽利略时代。伽利略进行了实验，将不同重量的物体从斜面上滚动下来（尽管有流行的杜撰故事，但没有将它们从比萨塔上摔下来），发现它们以相同的加速度下落，而不管它们的重量如何。

除了经验证据外，伽利略还构建了一个理论思维实验来支持这一结论。以下是这位现代哲学家在2013年出版的《直觉泵和其他思维工具》一书中对伽利略方法的描述：

"Some thought experiments are analyzable as rigorous arguments, often of the form reductio ad absurdum, in which one takes one's opponents' premises and derives a formal contradiction (an absurd result), showing that they can't all be right. One of my favorites is the proof attributed to Galileo that heavy things don't fall faster than lighter things (when friction is negligible). If they did, he argued, then since heavy stone A would fall faster than light stone B, if we tied B to A, stone B would act as a drag, slowing A down. But A tied to B is heavier than A alone, so the two together should also fall faster than A by itself. We have concluded that tying B to A would make something that fell both faster and slower than A by itself, which is a contradiction."

牛顿引入重力

艾萨克·牛顿爵士的主要贡献是认识到，在地球上观测到的这种下落运动与月球和其他物体所经历的运动行为是相同的，这使它们在相互关系中处于适当的位置。（牛顿的这一洞见是建立在伽利略的工作基础上的，但也包括日心模型和哥白尼原理，哥白尼原理是尼古拉斯·哥白尼在伽利略工作之前提出的。）

牛顿对万有引力定律（通常称为万有引力定律）的发展，将这两个概念结合在一起，形成了一个数学公式，似乎可以用来确定任何两个有质量物体之间的吸引力。与牛顿的运动定律一起，它创造了一个正式的重力和运动系统，它将在两个多世纪内指导科学理解。

爱因斯坦重新定义了引力

我们理解引力的下一个重要步骤来自阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein），他的广义相对论描述了物质和运动之间的关系，其基本解释是，具有质量的物体实际上弯曲了空间和时间的结构（统称为时空）。这改变了物体的路径，这与我们对重力的理解是一致的。因此，目前对重力的理解是，它是物体在时空中沿着最短路径运动的结果，并被附近巨大物体的扭曲所修正。在我们遇到的大多数情况下，这完全符合牛顿的经典引力定律。有些情况需要对广义相对论有更精确的理解，才能使数据达到所需的精度水平。

量子引力的探索

然而，在某些情况下，即使是广义相对论也不能给出有意义的结果。具体来说，在某些情况下，广义相对论与量子物理学的理解是不相容的。

其中一个最著名的例子是沿着黑洞的边界，在那里，光滑的时空结构与量子物理学所要求的能量粒度不相容。物理学家斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）在理论上解决了这一问题，他解释说，黑洞以霍金辐射的形式辐射能量。

然而，我们需要的是一个全面的引力理论，它可以完全结合量子物理。为了解决这些问题，需要这样一种量子引力理论。物理学家们有许多这样的理论，其中最流行的是弦理论，但没有一个能产生足够的实验证据（甚至足够的实验预测）来验证并被广泛接受为对物理现实的正确描述。

与重力有关的奥秘

除了需要量子引力理论外，还有两个与引力有关的实验性谜团需要解决。科学家们发现，要使我们目前对引力的理解适用于宇宙，必须存在一种看不见的引力（称为暗物质），它有助于将星系聚集在一起，而一种看不见的排斥力（称为暗能量）则能以更快的速度将遥远的星系推开。