地球重達60萬億億噸,爲什麼還能“飄”在太空中,而不是向下墜?

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在我們的常識認知裏,只要一鬆手,手裏握着的東西大多數都會掉到地上,比如從樹上掉落的蘋果;

【經典的牛頓與蘋果】

少部分的東西會因爲密度、風之類的原因向上走,比如氣球、蒲公英。

說得更籠統一些,就是重的向下落,輕的則向上飄,並且最終還是會落到地上。

基於這個認知,可能也有人想過,地球的質量是6隆納克,也就是60萬億億噸這樣重且巨大的地球,怎麼能一直“飄”在太空中而不會向下墜?

有關地球的七七八八

在古時候,人們對科學有限的認知裏,地球就是平的,而天空像一個半圓形的大蓋子,罩在平地上,所以中國有“天圓地方”一說,甚至演變成了一種陰陽調和、自然平衡的哲學思想

就連銅錢、桌子等,都會將“天圓地方”這種元素設計進去。

【古代的銅錢】

一直過了幾千年,希臘的一個叫埃拉托色尼的科學家,通過兩座一樣的埃及方尖碑,在同一時段日照的條件下,影子卻不一樣長的事實,推理出了大地是一個曲面。

【埃拉托色尼】

人們開始航海時,又通過在地平線時,船身先於桅杆消失,推斷出地球是一個球體,麥哲倫環球航行,則更加有力地證實了這一觀點。

不過人們也只是知道了地球的形狀,對周長、面積、體積有個粗略的估計,質量則還是不太清楚。

再到後來,人們的科技越發發達,發射上天的衛星能拍攝地球的真實照片,各種地質鑽探,也讓人們瞭解到了地球的內部結構,人們對地球越來越瞭解,也測繪計算出了地球的質量大概爲60萬億億

【阿波羅11號拍攝的第一張地球照片】

一股無形的力量

其實地球爲什麼不會墜下去的問題,說簡單也簡單,說難也難,最關鍵的就是要理解什麼是“引力”。

很多瞭解物理的人都知道,地球上的每樣東西都受到了引力,所以纔會往下墜,人能稱量出體重也是因爲地球有引力,而一切的地球引力都來自於地球中心的地核

牛頓的解釋是:引力是物體與物體之間不用相互接觸,就能產生的一種“力量”。

但是通過宇航員們在空間站中的情況,我們會發現他們日常生活都是飄着的。

【空間站中不受重力影響的中國宇航員】

不僅人沒辦法“沉底”,食物、水等也飄在空中,因爲除了空間站整體受到引力在圍着地球旋轉以外,裏面的東西都處於“失重”的狀態——他們已經脫離了地球“無視距離的瞬間力”。

由此,地球不往下墜,很多人的第一反應可能是:宇宙中沒有引力,所以地球不會下墜。但宇宙中真的沒有引力嗎?

【太陽系概念圖】

我們知道,地球是圍着太陽旋轉的,因爲太陽有引力。

幾大行星以及數不清的矮行星、小行星脫離不了太陽的引力,太陽也沒辦法把這些星球“吸”過去——星球旋轉時產生了離心力(就像洗衣機甩干時把水甩出去的力量)剛好平衡了太陽的引力,才形成了日復一日、年復一年的旋轉。

而太陽又屬於銀河系包含的數千億顆恆星中其中之一,太陽也帶着太陽系的星球們圍繞着銀河中心旋轉,就像地球帶着月球圍着太陽轉一樣。

【銀河系】

按照牛頓“萬有引力”的科學理論來看,整個宇宙也有一箇中心引力,但整個銀河系又像地球圍着太陽轉一樣,既不能被捕獲吸引過去,又不能逃離,只能圍着這個宇宙中心的引力轉圈圈。

但是因爲宇宙實在是太大了,大到地球在其中就像一粒灰塵那樣渺小,所以更加渺小的人類根本感受不到銀河系中心的引力,更感受不到這種宇宙引力。

愛因斯坦的另一種說法

牛頓在1666年提出萬有引力後,開創了人類的新紀元,但是他的理論只對宏觀的事物準確,原子等極小的微觀事物,牛頓的理論就有點解釋不通了。

後來到了1905年,愛因斯坦的“相對論”出現,又讓人們走進了新新紀元。

【愛因斯坦】

在愛因斯坦的理論裏,世間萬物除了空間存在,還有另一個至關重要的因素——時間,這兩者結合起來就是“時空”

爲什麼之前有關牛頓理論開始出現錯誤,就是因爲沒有考慮到“時間”。而且愛因斯坦認爲,“時空”是可以改變、彎曲的,很多有關“穿越時空”、“蟲洞”的概念就是從此而來。

【蟲洞概念圖】

愛因斯坦認爲,一個人在不同的狀態下,感受到的時間是不一樣的,比如高興時覺得時間流速快,恐懼時感覺時間很慢,只是這其中的“一秒鐘”差別很小很細微,大家很難進行判定

而愛因斯坦對地球圍繞太陽轉的解釋是這樣的,引力其實就是時空的彎曲。

大概意思就是,時空就像一張網,把所有的星球兜住,而太陽的質量引起了時空的大彎曲,地球就被這個彎曲的面給“困住”了,便一直圍着太陽轉。

【太陽導致的時空扭曲概念圖】

相應的,地球不下墜,也是因爲時空這張“網”,兜住了它


參考資料:

【1】感受一下地球在太陽面前的個頭,恆星兄弟間,太陽地位幾何?·人民資訊

【2】地球自轉公轉的動力是什麼,爲啥一直不停,也不墜落?·人民資訊

【3】人文地球:人類對地球的認知經歷了怎樣的旅程?丨世界地球日·新京報

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