Problēma par to, kas ir ķermeņu savstarpējās gravitēšanas pirmcēlonis, izsenis ir bijusi dabaszinātnieku un filozofu redzeslokā. JauAristotelis (384.—322. p.m.ē.) savā traktātā “Fizika” rakstīja, ka kosmosa smagās stihijas (zeme un ūdens) tiecas uz tā centru — Zemi. Aristotelis ir arī viens no ģeocentriskās pasaules sistēmas pamatlicējiem. Mūsu ēras 2. gadsimtā Aleksandrijā darbojāsKlaudijs Ptolemajs, kura ievērojamākais darbs ir “Astronomijas lielā matemātiskā koncepcija” (arābiskais nosaukums — “Almagest”). Tajā pausts uzskats, ka Zeme ir nekustīga, jo, ja tā grieztos ap savu asi, tad, pateicoties centrbēdzes efektam, kas bija pazīstams jau senatnē, Zeme sadalītos gabalos. Šāds ģeocentriskās kosmoloģijas iespaids saglabājās līdz pat Kopernika laikam.
Nikolajs Koperniks (1473—1543) ir heliocentriskā pasaules uzskata pamatlicējs (darbi “Mazais komentārs” 1515. g. un “Par debesu sfēru griešanos” 1543. g.). Atšķirībā no antīkās pasaules pārstāvjiem, kas debess ķermeņu redzamo kustību uzskatīja par neapstrīdamu patiesību, Koperniks ignorēja “ietiepīgos empīriskos faktus” un izveidoja intelektuālu modeli, kas arī spēj aprakstīt un izskaidrot novērojamās dabas parādības. Viņa izveidotajā pasaules ainā smagums tiek uzskatīts par visu ķermeņu dabisko tiekšanos savienoties ideālā lodveida ķermenī; tādējādi izskaidroja arī to, ka Saulei u.c. debess ķermeņiem ir lodveida forma. Pagāja gandrīz gadsimts, līdz Kopernika ideju sāka uztvert nopietni.
Ļoti liela nozīme astronomijas attīstībā (un līdz ar to arī gravitācijas likuma atklāšanā) bija dāņu astronomamTiho Brahem (1564—1601). Visu savu dzīvi viņš bija ļoti darbīgs un veica pārsteidzoši precīzus zvaigžņu un planētu stāvokļa mērījumus. T. Brahem teleskopa nebija. Taču uz savu vizuālo novērojumu pamata viņš spēja atrisināt daudzus tolaik nenoskaidrotus jautājumus.
ItālisGalileo Galilejs (1564—1642), tā vietā, lai atbildētu uz jautājumu “Kāpēc ķermeņi krīt?”, meklēja atbildes uz ļoti svarīgo “Kā ķermeņi krīt?”. Lūk, kādi šai sakarībā bija viņa galvenie secinājumi:
- ķermeņu krišanasātrums nav atkarīgs no to masas;
- krītošu ķermeņu kustība ir paātrināta kustība;
- krišanas augstums ir proporcionāls krišanas laika kvadrātam.
Pie šādiem slēdzieniem Galilejs nonāca, veicot eksperimentu sērijas. Interesanti, ka laika mērīšanai viņš izmantoja savu pulsu, un, lai uzlabotu mērījumu precizitāti, kustību palēnināja: pētīja nevis brīvo krišanu, bet gan ķermeņu ripošanu pa slīpo plakni. Izrādījās, ka ar abām šīm metodēm iegūtie rezultāti kvalitatīvi ir analoģiski. Galilejs bija arī viens no pirmajiem zinātniekiem, kas atzina Kopernika mācības pareizību; to apstiprināja ar pašdarināto tālskati veiktie astronomiskie novērojumi.
Vienlaikus ar Galileju darbojās vācu zinātnieksJohanness Keplers (1571—1630). Galvenos sasniegumus viņš guva astronomijā. Simt gadu pēc Kopernika, izmantojot T. Brahes rūpīgos un ilggadējosMarsa novērojumus, J. Keplers formulēja savus slavenos planētu kustības likumus. Riņķa orbītas viņš aizvietoja areliptiskām, vienmērīgo kustību ar nevienmērīgu kustību un planētu apriņķošanas periodu izteica atkarībā no šo planētu vidējā attāluma līdzSaulei. J. Keplers pieņēma, ka Saule ir planētu kustības spēka avots, bet tomēr vēl neizprata šo spēku dabu.
Uz Kopernika un Keplera heliocentriskās paradigmas bāzesĪzaks Ņūtons darbā "Dabas filosofijas matemātiskie principi" (1687,Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, pazīstams kāNewton's Principia) radīja Ņūtona mehānikas pamatus un vispasaules gravitācijas koncepciju. Būtībā visa vēlākā 18. un 19. gadsimta tā sauktā klasiskā fizika balstījās uz Ņūtonamehānikas pamatprincipiem.
Populārais stāsts par to, ka Ņūtonam sēžot zem ābeles uz galvas uzkritis ābols un viņš pēkšņi atklājis vispasaules gravitācijas likumu, tāpat kā vairums šādu leģendu, droši vien nav patiesība. Daudz ticamāk, ka Ņūtons nodarbojās ar Galileja krišanas likumu piemērošanu kādam neparastākam objektam — Mēnesim. KāpēcMēness nenokrīt uz zemes kā visi citi neatbalstīti priekšmeti? Vai tas būtu imūns pret gravitāciju? Un Ņūtons saprata, ka Mēness (gluži kā ļoti lielā ātrumā izšauta lielgabala lode) visu laiku krīt gan uz Zemi, bet - nekad nenokrīt. Tādējādi Ņūtons aptvēra, ka gravitācija darbojas ne tikai uzZemes. Tā darbojas arī kosmosā un tā bija revolucionāra doma. Ņūtons konstatēja, ka, zinot Keplera likumus, viņš var izskaidrot visas Saules sistēmas ķermeņu kustību ar vienu gravitācijas likumu (1667):visi ķermeņi savstarpēji pievelkas ar spēku, kas proporcionāls ķermeņu masām un apgriezti proporcionāls to savstarpējā attāluma kvadrātam.
Universālāgravitācijas konstante tika noteikta eksperimentāli. Pirmais to 1798. g. noteica angļu zinātnieksHenrijs Kevendišs (1731—1810), izmantojot vērpes svarus — divas vienādassvina lodes, kurām zināma masam, kas savienotas ar stienīti un piekārtas elastīgā diegā. Kevendišs svarus rūpīgi graduēja, t.i., noteica sakarību starp spēku un elastīgās stieples vērpes leņķi. Noteiktā attālumā no šim lodēm tika novietotas divas lielas lodes, kuru masa zināma. Lielās lodes pievilka svina lodes un elastīgais diegs savērpās par noteiktuleņķi. Izmērot šo leņķi, Kevendišs noteica gravitācijas konstantes vērtību:
Zināms, ka H. Kevendišam izdevās sasniegt 5% precizitāti, salīdzinot ar mūsdienās lietoto konstantes vērtību. To izmantojot, viņš kā pirmais aprēķināja arī mūsuplanētas masu.
Pēc pusgadsimta Ņūtona teorija tika atzīta visā pasaulē. Debess mehānikas turpmākie praktiskie sasniegumi bija milzīgi. Izmantojot gravitāciju, Ņūtona draugs astronomsEdmunds Halejs (1656—1742) izskaitļoja 24 komētu orbītas, viena no tām tagad nes viņa vārdu. Viljams Heršels (1738—1822) atklāja divusUrāna un divusSaturna pavadoņus, kā arī pētotdubultzvaigznes, parādīja, ka Ņūtona likumi ir spēkā arī ārpus mūsu Saules sistēmas. Ņūtona gravitācijas teorijas triumfs bija vēl neatklātās planētasNeptūna orbītas aprēķināšana. Gravitācijas likums izskaidroja arī Saturna gredzenu struktūru: Džeimss KlārksMaksvels (1831—1879) parādīja, ka tie nevar būt masīvas loksnes, kā domāja līdz tam, bet sastāv no atsevišķām daļām. Tomēr visi 18. un 19. gadsimta zinātnieku centieni izskaidrot gravitācijas būtību ar dažādām hipotēzēm — gan atomārām, gan ētera hipotēzēm — pozitīvus rezultātus nedeva.
Lai arī Ņūtona teorija tika uzlabota un precizēta, 19. gadsimta beigās parādījās pirmie tās trūkumi (piemēram, nespēja izskaidrotMerkura orbītasperihēlijaprecesiju u.c.). Jaunu koncepciju gravitācijas lauka teorijā radījaAlberta Einšteina (1879—1955)vispārīgā relativitātes teorija (1915).
Ņūtona gravitācijas teorijā pieņemts, kalaiks untelpa ir absolūti un savstarpēji nesaistīti lielumi. Savukārt A. Einšteins ar relativitātes teoriju parādīja, ka tie ir savstarpēji saistīti. Einšteina teorija balstās uzpostulātu, kagaismas ātrums ir lielākais pasaulē iespējamais ātrums. Kustība notiek četrdimensiju telpā. Saskaņā ar Einšteina teoriju,matērija "izliec"laiktelpu. Līdz ar to, piemēram,gaisma lielas masas ietekmē, nepārvietojas vis pa taisnām līnijām, bet gan pa liektu trajektoriju. Pēc būtības, Ņūtona gravitācijas teorija ir Einšteina teorijas speciālgadījums.
Ņūtona teorija nespēj izskaidrotgravitācijas viļņus vaimelnos caurumus.
Einšteina teorija paredz, ka gravitācijas izplatīšanās ātrumam būtu jāsakrīt argaismas ātrumu. Nav atklātas gravitācijas spēkanesējdaļiņas (elektromagnētiskajam spēkam tās, piemēram, irfotoni).
Ja gravitācijas lauki ir relatīvi vāji un ķermeņu ātrumi ir mazi (salīdzinot ar gaismas ātrumu vakuumā), spēkā ir Ņūtona gravitācijas teorija. Mūsu dienās astronomijā uz Ņūtona gravitācijas teoriju balstās aprēķini debess mehānikā. Uz zemes gravitācija izpaužas tādējādi, ka jebkuram ķermenim ir pielikts smaguma spēks, kas izraisa balstvirsmas reakciju vai arī piešķir tam brīvās krišanas paātrinājumu.
Ja gravitācijas lauki ir spēcīgi, gravitācijas parādību aprakstam izmanto vispārīgo relativitātes teoriju jeb Einšteina gravitācijas teoriju, kas izveidota, vispārinot Ņūtona gravitācijas teoriju un balstoties uz speciālās relativitātes teorijas atziņām. Einšteina gravitācijas teorijas eksperimentālā pārbaude (pirmoreiz veikta pilnā Saules aptumsuma laikā 1919. g., novērojot gaismas stara noliekšanos Saules masas ietekmē) turpinās līdz mūsu dienām.
