地球为什么不会掉下去?因为太空里根本没有“下面”这个概念

频道:头条 日期: 浏览:545 作者:陈欣

朋友们,先问你一个从幼儿园就开始困惑的问题:

地球为什么能悬浮在太空里?是什么东西拖着它吗?

错了。大错特错。

太空里根本没有上下左右,更没有什么东西能“掉下去”。“掉下去”这三个字,本身就是地球骗了你几十年的谎言。在宇宙里,没有地板,没有天花板,你往任何方向走一亿光年都不会撞到墙。

那问题来了:既然没有“下面”,地球为什么不飞走?为什么要老老实实绕着太阳转?

答案比你想的更吓人:因为太阳在地球脚下挖了一个看不见的坑。地球不是悬浮着,而是在这个坑里疯狂打转,转了46一年还没转出去。

这个坑叫作时空弯曲,是爱因斯坦发现的。而它的深度,直接决定了地球的生死。

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你可能会问:时空怎么可能被挖出一个坑?空间不是空的吗?

这就是爱因斯坦比牛顿更疯狂的地方。

300多年前,牛顿被一颗苹果砸中了脑袋(也可能是编的),他想:苹果为什么会往下掉,而不是往上飞?他的答案是:因为地球有引力,把苹果拉了下来。

但是牛顿没有告诉我们:引力到底是什么? 它为什么能隔着空气、隔着真空、隔着几亿公里的距离把东西拉过去?

这个问题困扰了科学家200多年。直到1915年,爱因斯坦提出了广义相对论。

他说:引力根本不存在。

你没听错。那个让苹果掉下来的力,那个让地球绕着太阳转的力,其实并不是一种力——它是时空被扭曲后的假象。

怎么理解这个概念?来,跟我做一个思维实验。

你拉开一张特别有弹性的床单(就是你家床上那张),绷紧。然后在床单正中间放上一个沉重的铁球。床单会怎么样?凹下去了对不对?凹陷的程度取决于铁球有多重。

现在你再往床单上放一颗玻璃珠。玻璃珠不会老老实实待在原地,它会顺着床单的凹陷,往铁球那边滚。如果玻璃珠有一定的横向速度,它就不会直接滚进去,而是会绕着铁球转圈。

这就是地球和太阳的关系。

太阳的质量是地球的33万倍,它把周围的时空压出了一个巨大的凹陷。地球就像那颗玻璃珠,顺着这个凹陷滑动。我们管这种滑动叫作公转。

所以:地球不是被太阳拉着转的,而是在一个弯曲的时空里走它认为的“直线”——只不过在弯曲的空间里,直线走着走着就变成了圆圈。

这听起来很荒唐对吧?但1919年,英国天文学家艾丁顿用日全食观测证明了这一点。他发现远处恒星发出的光经过太阳附近的时候,发生了偏折。光走的是直线,如果时空是平的,光不可能拐弯。但光确实拐了弯——说明太阳附近的时空是弯的。

爱因斯坦说对了。 时空真的可以被弯曲。而我们所说的引力,只是这种弯曲的表象。

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那问题来了:既然地球一直在往太阳方向“滑”,为什么它不会掉进太阳里?

答案:因为地球在横向上有速度。

还记得床单上的玻璃珠吗?如果玻璃珠没有横向速度,它会直接滚进铁球的凹陷里。但如果它有足够的横向速度,它就会绕着铁球转圈,永远也掉不进去。

地球现在绕太阳公转的速度是每秒29.8公里。一颗子弹的速度大概是每秒1公里——地球公转的速度是子弹的30倍,7分钟就能绕地球一圈。

正是这个速度,让地球在太阳的时空凹陷里一直滑而不落。

如果地球突然停下来会怎么样?答案很恐怖:大约65天后,地球就会一头撞进太阳里。在那之前,地球上的一切都会被太阳的高温蒸发殆尽。

但别担心,这种事情不会发生。因为在太空中,没有任何东西能让地球刹车。太空是接近完美的真空环境,没有空气、没有摩擦、没有阻力。地球在46亿年前获得的速度,至今几乎没有损失。它会一直转下去,直到太阳死亡。

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说到这里你可能会问:地球最初的速度是从哪里来的?

这就要追溯到太阳系的诞生了。

46亿年前,银河系的某个角落有一片巨大的气体和尘埃云,我们叫它原始星云。这片星云在自身引力作用下开始收缩,同时开始旋转。为什么会旋转?因为宇宙中的物质最初就带有角动量——这是一个物理学定律,叫角动量守恒。简单说就是:一旦开始转起来,就很难停下来。

就像花样滑冰运动员,当她把手臂收回来的时候,旋转速度会加快。原始星云也一样——当它收缩的时候,旋转速度越来越快。最终星云中心形成了太阳,周围的碎片形成了行星,包括地球。

地球继承了那片星云的旋转,所以它天生就在转。不是被谁推的,而是从出生那一刻起就在转。

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但光有速度还不够。地球能稳定运行46亿年,还因为它和太阳之间达成了一个精妙的平衡。

如果地球速度太快,它就会挣脱太阳的束缚,飞向宇宙深处,变成一颗流浪星球,最终在寒冷和黑暗中死去。如果地球速度太慢,它就会被太阳的时空凹陷吞噬,坠入太阳变成一团火焰。

只有速度刚刚好,地球才能既不飞走也不坠落,安安稳稳地绕着太阳转圈。

这个“刚刚好”的速度是怎么来的?答案很残酷:是宇宙筛选出来的。

太阳系刚形成的时候,周围有无数的碎片和小行星。速度太快的飞走了,速度太慢的掉进太阳了。只有速度刚刚好的才能活到今天。地球就是这场残酷筛选的幸存者。

牛顿在300多年前就用一个思想实验描述了这个原理。他设想在一座很高的山上架一门大炮,朝着地平线方向发射炮弹。如果炮弹速度很慢,它会划出一道弧线落回地面。如果速度快一点,弧线会更长。如果速度达到每秒7.9公里,炮弹划出的弧线会跟地球的弧度一样——也就是说,炮弹会一直往下掉,但永远也钓不到地上。因为地球是圆的,炮弹往下掉的同时,地面也在往下弯,炮弹永远追不上地面,就会绕着地球转圈。

这就是第一宇宙速度的由来,也是地球绕太阳转的原理。

某种意义上说,地球一直在坠落,只是它坠落的方向在不断变化,最终化成了一个椭圆。这个椭圆轨道非常稳定,科学家计算过,地球轨道的偏心率只有0.017,几乎就是一个正圆。

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为什么我们在地球上感觉不到运动?

地球在以每秒30公里的速度飞行,同时每天自转一圈(赤道自转速度每秒465米)。我们为什么一点感觉都没有?

原因很简单:我们和地球一起运动,而且这个运动是均匀的。 还记得坐火车的感觉吗?当火车匀速行驶的时候,你在车厢里走来走去,完全感觉不到自己在移动。只有火车加速或减速的时候,你才会感觉到推背感或者前倾。

地球也一样——它的自转和公转都是均匀的,几乎没有加速度,所以我们感觉不到。另外,地球上的一切都在一起运动,包括空气、水、山川和你我。我们没有一个静止的参照物,所以更加感觉不到运动。

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总结一下:

地球之所以能悬浮在太空中不坠落,不是因为有什么神秘力量拖着它,而是因为:

第一,宇宙中没有上下之分,“坠落”这个概念本身就不存在。

第二,太阳的质量弯曲了周围的时空,地球在这个弯曲的时空里运动,走出来的轨迹自然是圆形。

第三,地球有足够的横向速度,让它在被太阳拉向自己的同时也在不断横向移动,最终形成了稳定的轨道。

这个系统已经运行了46亿年,而且还会继续运行下去,直到太阳燃尽最后一丝能量。

我们人类就生活在这颗高速飞行的星球上。每一秒钟,我们都在以每秒30公里的速度穿越太空。每一年,我们都会回到宇宙中同一个位置。

这不是什么神迹,这只是物理规律。但正是这些冰冷的物理规律,给了我们一个温暖的家园,让我们有机会仰望星空,思考宇宙的奥秘。

或许,这才是最神奇的地方。

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