在大型游樂場(chǎng)中，最受人歡迎的刺激游樂項(xiàng)目有超級(jí)秋千、云霄飛車和勇敢者轉(zhuǎn)盤等。玩過一回的人，都會(huì)體驗(yàn)到那種難得的刺激:飛車翻騰，忽上忽下，時(shí)而感到壓迫難忍，身軀好像要被擠扁似的;時(shí)而虛飄飄無依無托，仿佛正墜入萬丈深淵。這讓人心驚肉跳、失魂落魄的一分多鐘時(shí)間，說得好聽點(diǎn)是“花錢買感受”，說得難聽點(diǎn)是“花錢買罪受”。

上面說的那種不尋常的感受，涉及超重和失重問題，這些現(xiàn)象歸根結(jié)底是重力場(chǎng)或者說引力場(chǎng)里的現(xiàn)象。引力場(chǎng)是一種被賦予了物理屬性的空間場(chǎng)地，它能吸引處于這種場(chǎng)地里的任何一個(gè)物體。引力場(chǎng)的基本特性是:所有處于場(chǎng)中的物體，不論它們的質(zhì)量多大、帶不帶電荷，只要初始條件相同，它們就能在引力場(chǎng)中都以相同的方式運(yùn)動(dòng)。引力場(chǎng)理論與牛頓萬有引力定律的原始表述根本區(qū)別在于，引力場(chǎng)理論消除了引力作用的瞬時(shí)性質(zhì)和超距性質(zhì)，而把物體之間的引力作用看成是由引力場(chǎng)這種媒介物質(zhì)來傳遞的。

什么是超重現(xiàn)象和失重現(xiàn)象呢?舉例來說，假如我們一邊乘電梯上樓，一邊在里面用體重計(jì)稱體重。此時(shí)人會(huì)受到豎直向下的重力和豎直向上的彈力。根據(jù)電梯運(yùn)行的速度變化，體重計(jì)上顯示的重量，即視重，是不一樣的。假如電梯勻速上升，體重計(jì)上的視重就是人的實(shí)際重量即實(shí)重;假如電梯加速上升，體重計(jì)上的視重就會(huì)超過人的實(shí)際重量，這就是超重現(xiàn)象;假如電梯減速上升，體重計(jì)上的視重就會(huì)少于人的實(shí)際重量，這就是失重現(xiàn)象。類似的，假如電梯勻速下降、加速下降和減速下降，那么相應(yīng)地人會(huì)處于實(shí)重、失重和超重3種狀態(tài)。

一般來說，超重和失重，就是物體在豎直方向做加速和減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)支持物的壓力或者對(duì)懸掛物的拉力不等于所受重力的現(xiàn)象。當(dāng)加速度的方向向上時(shí)，即加速上升或減速下降時(shí)，容易出現(xiàn)超重現(xiàn)象;當(dāng)加速度的方向向下時(shí)，即減速上升或加速下降時(shí)，容易出現(xiàn)失重現(xiàn)象。

我們向天上拋一塊小石頭，當(dāng)小石頭下落時(shí)，可以把小石頭看作是自由落體，它的加速度大約是10米/秒，或者說每秒速率的改變?yōu)?0，這就是重力加速度(常用g表示)，方向豎直向下。假如我們乘坐在一臺(tái)以重力加速度的量值下降的電梯里稱體重，此時(shí)體重計(jì)上的視重就是零，這時(shí)候的我們就處于完全失重狀態(tài)。這只是打比方，實(shí)際上，任何一臺(tái)電梯都不可能變成自由落體。不過，像玩蹦極游戲那樣，用一根牢固而有彈性的繩子拴住人的腳或腰，然后從幾十米的高空像自由落體似的往下跳，想必就能嘗到完全失重的滋味。

超重和失重現(xiàn)象，在航空航天領(lǐng)域更是普遍存在?；鸺谏諘r(shí)，加速度可以達(dá)到重力加速度的10倍，即10g，導(dǎo)彈則可以達(dá)到30g。為了預(yù)防超重現(xiàn)象引起的損害，必須事先加固航天器的各部分器件。對(duì)于人來講，一般人對(duì)超重的承受力為3.8g，飛行員由于經(jīng)過訓(xùn)練，可以承受4.6g。處于超重狀態(tài)的情況下，人的心臟所受的壓力也會(huì)相應(yīng)增大，心臟中的血液也處于超重狀態(tài)，為了維持正常的血液循環(huán)，心臟的負(fù)擔(dān)也就比平時(shí)要大得多。原本心臟就不太好的人，最好不要冒這種險(xiǎn)。此外，人在超重狀態(tài)下還會(huì)受到神經(jīng)、代謝、內(nèi)分泌活動(dòng)紊亂的“超重生理反應(yīng)”的困擾，嚴(yán)重的會(huì)因腦缺氧而導(dǎo)致記憶力喪失。

航天飛機(jī)在環(huán)繞地球的軌道上運(yùn)行時(shí)，由于重力加速度會(huì)部分或全部地用來提供向心加速度，因而會(huì)使航天飛機(jī)處于失重或完全失重狀態(tài)。這使得飛船里面的太空人的生活狀態(tài)異乎尋常:他們不會(huì)發(fā)出打鼾的聲音，因?yàn)槭е?，喉嚨中的小舌頭就不會(huì)下垂，也就不會(huì)因呼吸而引起振動(dòng)發(fā)出鼾聲。湯匙中的湯水不是想作的那樣飄浮在空中，而是由于湯水的表面張力而附著在湯匙上。人出汗時(shí)，汗珠不會(huì)一滴滴地往下落，而只會(huì)匯聚在一起，融成一大團(tuán)。

失重?zé)o疑會(huì)給宇航員們?cè)黾雍芏嗦闊?。稍為蓬松些的衣服就?huì)膨脹起來，宇航員必須穿緊身衣才行;食物要裝進(jìn)牙膏式的管子，然后擠進(jìn)嘴里;喝水要用有密封蓋子的特殊吸管;睡覺要鉆進(jìn)特制的睡盒內(nèi)，并用繩帶鎖定;行走要穿帶有鉤子的鞋，以便鉤住網(wǎng)狀的地面;洗頭和洗澡顯然更加麻煩，于是成了非常難得的享受。長期生活在重力場(chǎng)中的人，一旦失去重力作用時(shí)，體液的流動(dòng)會(huì)受到失重的影響，血液循環(huán)、心臟系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)都會(huì)出現(xiàn)不正常的變化。在太空中生活時(shí)間過長的人，還會(huì)出現(xiàn)骨質(zhì)疏松、肌肉萎縮無力、紅血球減少等癥狀，會(huì)嚴(yán)重影響身體的健康。

在人類還沒有進(jìn)行航天飛行之前，愛因斯坦提出過這樣一個(gè)問題:“在失重的條件下，能點(diǎn)燃蠟燭嗎?”他自己回答說不能。他的理由是，處于失重狀態(tài)下的空氣不再受到重力，蠟燭燃燒時(shí)，熱空氣不再上升，冷空氣也不再下降，于是蠟燭被燃燒過的熱空氣所包圍，燭芯就得不到氧氣的補(bǔ)充，因而很快就會(huì)熄滅。人們?yōu)榱藱z驗(yàn)愛因斯坦的推測(cè)，做了不少實(shí)驗(yàn)。例如，在一只氧氣供應(yīng)充足的密封容器中放入點(diǎn)燃的蠟燭，并讓這個(gè)容器從70米高的地方自由下落，以此造成一個(gè)失重的環(huán)境。結(jié)果呢?蠟燭并沒有熄滅，只是燭焰比平時(shí)暗淡一些，并且燭焰的形狀是個(gè)球形的。為什么愛因斯坦會(huì)犯錯(cuò)呢?原來，他忽略了空氣熱運(yùn)動(dòng)的存在。即使沒有對(duì)流，含有氧氣的新鮮空氣仍然可以通過擴(kuò)散到達(dá)燭芯，維持蠟燭的燃燒。只是燭焰因?yàn)闆]有冷、熱空氣的對(duì)流而暗淡一些。同時(shí)，由于失重，空間的各個(gè)方向是各向同性的，因而燭焰是球形的。宇宙飛船上天之后，蘇聯(lián)的科學(xué)家在“聯(lián)盟8號(hào)”飛船上順利地進(jìn)行了焊接工作，證明了在失重條件下，的確能夠維持燃燒。大科學(xué)家愛因斯坦居然也有錯(cuò)的時(shí)候，這就應(yīng)了我們中國的一句老話:“智者千慮，必有一失。”