地球質量達60萬億億噸,為什麼可以漂浮在太空,而不向下墜落?

漫酱~ 2023/01/09 檢舉 我要評論

日常經驗告訴我們:萬物都會「往下掉」,這是地球引力的作用。而如果你在太空中觀看我們的地球,會發現地球像是一直「懸浮」在太空中,貌似并沒有往下掉,為何會如此?

需要從以下幾個方面來分析這個問題。

首先,地球(或者是其他星球)真的是「懸浮」在太空中嗎?

非也!不但不是懸浮在太空中,恰恰相反,地球真的是一直在「向下墜落」!

如何理解?

舉個例子,一個非常通俗易懂的例子,你甚至隨時可以在現實生活中重現這個例子。

在大馬路上隨便撿起一塊石頭,向前扔,你會發現石頭會飛出一段距離,但總是會墜落到地面上。

當然你力氣越大,石頭飛出的距離就越遠,但石頭還是會落到地面上。

接下來放飛你的思想,來個思想實驗。假設你擁有無窮大的力量,隨著你扔石頭的力量越來越大,石頭飛出的距離也會越來越遠。

接下來你肯定感覺到什麼了!

沒錯,總有一個力量的臨界點,當達到這個臨界點,石頭就不會墜落下來了,而會成為地球的「衛星」,一直繞著地球運行。

但不會墜落下來,不代表石頭就沒有墜落的趨勢,不代表石頭就是懸浮的。實際上石頭一直在朝向地球墜落,說得更通俗點就是石頭一直在做「自由落體」運動,只不過是有「水平」方向速度的自由落體運動。

假設你的力氣差一點達到臨界點,會發生什麼?

石頭會繞地球一圈,然后落到你腳后跟那里(當然是理想情況,這里就不要較真了!),然后你的力量稍微大一點,石頭就不會墜落到地面了。

這也是著名的「牛頓大炮」的設想。當石頭墜落的弧形與地球的球體弧形一致時,石頭就不會墜落到地面。

而地球不正是一塊巨大的「石頭」嗎?

其次,我們通常所說的「向下墜落」具有很大的局限性,只適用于地球(或者其他星球)的表面,在地球上我們能很好地定義「上下」,但到了浩瀚太空,定義「上下」就沒有這麼容易了。

或者說,在太空中,根本無所謂「上下」,沒有「上下」的概念。

地球倒是想「向下墜落」,但哪里是「下」啊?

最后,地球倒是想掉入「宇宙深淵」,但「宇宙深淵」到底在哪里?或者說「宇宙深淵」到底是什麼?

正如剛才所說,地球確實在「向下墜落」,但這里的「向下」仍舊是一個局部概念,在太陽系范圍內,地球確實一直朝著太陽的方向墜落,但墜落的弧形正好與太陽弧形一致(當然也是理想情況,實際上地球軌跡是橢圓),所以不會落到太陽表面。

說白了,地球其實一直在朝著太陽做自由落體運動,正如空間站同樣朝著地球做自由落體一樣,這也是為什麼空間站上的宇航員會完全失重,自由落體當然會失重了!

從物理學角度來講,地球其實在沿著時空的「測地線」在運動。

何為「測地線」?

類似于「平面上兩點之間直線最短」,時空的「測地線」就是時空的最短距離。

而廣義相對論告訴我們,時空并非是平直的,而是彎曲的,引力的本質正是時空的彎曲。天體沿著彎曲的時空做測地線運動。

有一句話形容,就是「時空告訴物體如何運動,物體告訴時空如何彎曲」!

有質量的物體(尤其是大型天體)可以讓時空發生彎曲,然后物體沿著彎曲的時空結構運動。

有人可能會有疑問:時空朝哪個方向彎曲呢?

不是上也不是下,只會朝著物體的質心彎曲,就像下圖那樣,運動的物體讓周圍的時空彎曲。

當然,有人還會有疑問:地球向太陽墜落,太陽向銀河系中心墜落,銀河系向哪里墜落呢?……

如此追問下去,問題就會演變為:我們的宇宙為何不墜落?

哲學上這種思想:任何問題一旦追問下去,都不會有答案,都會走向死胡同。科學也屬于哲學的一部分。

當然,并不是說不讓問,科學本來就是一步步揭開宇宙和大自然的神秘面紗的,如今人類了解的宇宙奧秘連九牛一毛都不如,或許有更深層的奧秘隱藏在背后,需要我們人類不斷努力太多!

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