我從小就有一個疑問,為什么所有的星球都是漂浮在空中的?:愛因斯坦認為時空不過是物質(zhì)廣延性的體現(xiàn)。一切物體也都在時空中。以相對論的角度來說,所有天體都被
愛因斯坦認為時空不過是物質(zhì)廣延性的體現(xiàn)。一切物體也都在時空中。以相對論的角度來說,所有天體都被時空兜住了,而且時空是這個宇宙中最“堅硬”的東西。
地面上的我們覺得星星都飄在空中,好像它們都能抵抗地心引力而不掉下來。事實上,地球引力太小了,根本拽不動它們。
但所有的天體卻都被更強大的引力拽著,使它們墜向強引力源,只不過天體在形成之時都有一個初速度,于是就變成了被強引力源拽著做圓周運動。
衛(wèi)星圍繞行星轉(zhuǎn),行星圍繞恒星轉(zhuǎn),恒星圍繞星系核轉(zhuǎn),這些運動都由引力造成,所以所有的天體可以簡單地理解為都在墜向其環(huán)繞的中心引力源。月球墜向地球,地球墜向太陽,太陽墜向銀心,然而銀河系又墜向哪里?
以牛頓力學來解答這個問題會產(chǎn)生無止盡的追問。
然而以相對論的角度來思考,物質(zhì)告訴時空如何彎曲,時空告訴物質(zhì)如何運動。
沒有引力,只有時空。
時空將一切物質(zhì)裹在其中,空中的星球也被時空裹挾著運動。所以說,時空撐住了所有的天體、星系,以及我們。
我們安靜且渺小,因此時空待我們溫柔如水,一生還算過得平靜。但宇宙中的天體就不一樣了,它們的質(zhì)量讓時空倍感壓力,被擠壓,被扭曲,但最后總算還撐得住。扭曲的時空,就像被鐵球壓出一個深坑的乳膠墊,鐵球的質(zhì)量越大這個坑就越大。
也就是說,只有大質(zhì)量的天體才能讓時空表現(xiàn)出明顯的彎曲。日常生活中的物體,就像乳膠墊上的微生物,完全不會對墊子產(chǎn)生壓迫。一個鐵球可以把墊子壓出一個深坑,但它能使時空彎曲多少?幾乎為零,可以忽略不計。
因為鐵球與天體之間的質(zhì)量天差地別,也可以說支撐天體的時空比支撐鐵球的乳膠墊堅硬的多,到底有多堅硬呢?
假設(shè)乳膠墊的堅硬程度為1,那么鋼鐵的堅硬程度大概就是10^11,而時空的堅硬程度是恐怖的10^43(這個數(shù)字剛好和普朗特時間:10^-43s的數(shù)字成倒數(shù)),這是一個天文數(shù)字,意味著億萬倍的強度差。
“時空具有硬度”這一結(jié)論讓人感覺違背常理,難以接受,其實只是因為我們習慣性地把時空認為是空的罷了。
如果說,所有的天體都在墜向自己所環(huán)繞的引力源,那最終那個最大質(zhì)量的引力源又墜向哪?如果我們都在以一種感受不到的方式下墜,那我們是否就生活在一個黑洞之中?
這樣看來,有時空兜底,反而讓人踏實一點。
按上面的概念來理解,時空的“硬度”與“韌性”可謂是這個宇宙中最強的,而黑洞可能是時空唯一兜不住的天體。
黑洞是巨大質(zhì)量被無限壓縮成一個不可逆的奇點。不去討論這個點的物理奇異性,單從承重的角度來看,黑洞周圍的時空就像被壓破了的紙。
這個被壓破的時空豁口到底通向哪?沒人知道;蛟S是另一個時空,另一個“硬度”與“韌性”更大的時空。
黑洞的事件視界就是這個時空的洞口,而黑洞奇點可能根本就不存在于我們這個時空,所以不遵循我們這個宇宙的物理法則。
黑洞這個“向下”坍縮的方向,可以說是我們這個宇宙唯一能確定的“第四空間維度”,通向一個未知的時空。
現(xiàn)代物理學已經(jīng)明確知道這個時空的大門位于我們時空的下限:普朗克長度(1.61624×10^-35m)與普朗克時間(5.39121×10^-44s),這個下限之下所有的物理學定律都不適用。
在超弦理論中,那里是稱之為“弦”存在的時空,且“弦”具有巨大的張力,是一種“硬弦”,這是否和那個時空的“硬度”有關(guān)?
如果這樣理解,超弦理論就根本不是這個時空的物理理論,而應該是另一個時空的一種理論。弦與其說是構(gòu)成我們這個世界物質(zhì)的更基本單位,不如說是那個時空外溢出的能量成就了這個世界,而我們這個世界物質(zhì)坍縮后凝聚的能量,再次回到另一時空。
如果時空是一種具有廣延性的物質(zhì),那時空是否也該具有“時空密度”的概念。如果是,時空扭曲就是由于時空密度的分布不均造成的,只是唯有巨大的質(zhì)能才能造成時空密度的分布不均。
而就宏觀宇宙與微觀宇宙而言,我們身處的這個時空與普朗克尺度下的時空,其時空密度屬于不連續(xù)的兩個量級,類似與“能級”的概念。
兩個時空內(nèi)的物質(zhì),就像電子一樣只會在自己的時空能級上運動。黑洞的出現(xiàn)就像是一次時空能級的“躍遷”,而逆向“躍遷”是否就是暗物質(zhì)的產(chǎn)生機制?畢竟暗物質(zhì)和黑洞本身一樣,都無法用電磁波探測。
這樣的腦洞結(jié)論,你認為如何??
歡迎關(guān)注@想法捕手,讀科學,聊宇宙。
題主之所以會問這個問題,就是因為沒有從宇宙的角度看。
如果把沒有恒星、行星這類天體存在定義為“空”,那么宇宙的大部分地方都是空的。
比方說我們太陽系,99%的質(zhì)量都集中在中心天體——太陽上,太陽系半徑保守估計也得有幾百億公里,太陽半徑只有不到70萬公里,考慮到算體積還要再來個立方,所以剩下的空間留給八顆大行星、一堆矮行星、小行星、彗星等,可以說是綽綽有余。
恒星之間的距離更是大的嚇人,離太陽最近的恒星大概有40萬億公里遠,光都得跑上四年多,恒星和恒星之間只有些稀薄的氣體和塵埃,也是十分空曠的。
星系和星系之間的距離雖然比例上比恒星間的看著小,但是因為星系本身的尺度很大(比如包含幾千億顆恒星),實際上的空間仍然非常遼闊。
星系群、星系團、超星系團、一直到宇宙尺度上,仍然有巨大的“空洞”存在,“空洞”的直徑可達幾億光年,也就是幾十萬億億公里,這種巨大已經(jīng)很難用語言形容,如果公里前的每個零都對應一個“非!钡脑挘敲催@種宇宙中的“空洞”可以說是非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常的大。
我們說腳踏實地,要想不懸空,首先得有固態(tài)的地面可以踩,通常是地球這種行星表面才可以做到。既然宇宙中大部分地方都是空的,那么剩下的天體待在空中,從宇宙的角度來看,就是非常非常正常的狀態(tài)。
我們待在地面上,所以思維觀念上會有上下的區(qū)分,覺得天上東西總要掉下來,但是宇宙中的東西并不會受到“地面”的束縛,待在空中才是它們的正常狀態(tài)。至于說為何星星不會因為引力的作用全部吸到一塊去,那就得把運動和力放到一起考慮了,具體請參考,行星為什么不會被恒星的引力場吸進內(nèi)部?https://www.wukong.com/user/?type=0
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漂浮,只是我們生活在地球這個狹小空間內(nèi)造成的一種錯覺,事實上,所有的天體都在不斷的“墜落”,比如,地球向太陽墜落,太陽向銀河系中心墜落,但墜落不代表一定會墜落到太陽上(或銀河系中心),只是說有墜落的趨勢。
拿地球和太陽舉例子,事實上地球無時無刻不向太陽墜落,但由于速度夠快,地球以弧形墜落,而且弧形的性狀恰好與太陽的引力弧度一致(或太陽的表面弧度),所以地球不會墜落到太陽上!
不太明白?沒關(guān)系,舉個現(xiàn)實中更通俗的例子。
在馬路上隨便撿起一塊石頭向前方扔去,你會發(fā)現(xiàn)石頭會按照一定弧度墜落到地面上。隨著你仍石頭的力量增大,石頭會飛的更遠。如果你力量足夠大,給石頭一個很大的初速度(第一宇宙速度7.9千米/秒),石頭就不會墜落到地面上,但石頭確實一直在墜落,只不過石頭墜落的弧度與地面的弧度一直,所以石頭不會墜落到地面上,而會環(huán)繞地球運動。
所有的星球都是這樣的,都一直向某個質(zhì)量中心墜落,但由于速度夠快,并不會墜落到質(zhì)量中心。而這種墜落的趨勢常常給我們一種“漂浮”的感覺。
就像地球上空的衛(wèi)星,國際空間站等也是一樣的,事實上它們都一直在向地面做自由落體運動,一直在向地面墜落,這也是為什么在空間站上感受不到重力。
在現(xiàn)實的生活中,有許多類似的問題。例如,為什么飛機可以在天上飛,為什么輪船可以在海上航行,為什么加速運動會產(chǎn)生慣性力,為什么會有黑天白晝?如果我們只是把目光局限在具體的現(xiàn)象,那么類似的問題是無窮無盡的。
這是因為,現(xiàn)實的世界是一個有機的整體,不存在絕對孤立的自由物體。每一個物體的行為,除其自身的因素外,還會受到外部環(huán)境的影響與約束。因此,我們可以把現(xiàn)實的世界劃分為兩大類,其一是物理背景,其二就是物理對象。
物理對象是顯而易見的,而物理背景則往往是深藏不露的。例如,在三百年前,我們并不知道空氣的存在。當年,也只是間接地用兩匹馬拉不開兩個半球,證明了空氣的存在,人們并沒有眼見為實地看見氣體分子的運動。
同理,當人類的認識拓展至高速領(lǐng)域、宇觀領(lǐng)域和微觀領(lǐng)域時,發(fā)現(xiàn)了許多新的現(xiàn)象與實驗。例如,物體的運動受到了限制,其速度無法達到光速;包括光子在內(nèi)的各種物體,它們的運動軌跡受到了其他物質(zhì)超距的影響;所有的微觀粒子都具有波動性。這些現(xiàn)象,如果按照經(jīng)典力學的做法,僅從作為物理對象的物體來尋找原因的話,是難以理解的。
比如,哥本哈根學派認為,粒子的波動性是粒子的內(nèi)在天然屬性。因此,所有物體的存在形式都是各種可能性的堆積,即是概率的疊加態(tài)。只有當我們觀察某物體時,該物體才會瞬間由概率的狀態(tài)隨機地轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實的物體。由此,得出了量子糾纏的結(jié)論。
由于我們的宇宙是一個相對獨立的系統(tǒng),其必定是由不可再分的最小粒子構(gòu)成的。此外,由于普朗克常數(shù)h的存在,使能量具有了不連續(xù)性,說明該常數(shù)定義和定量了最小粒子。因此,作為宇宙基石的最小粒子被命名為量子,其是能量的最小單元,是宇宙中唯一的實體粒子。
于是,根據(jù)前面所說的兩大分類,離散的基態(tài)量子構(gòu)成了宇宙的本底物理背景,由高能量子的運動所形成的封閉體系,就是宇宙中的物理對象。前者為量子空間,后者則是各種基本粒子、原子和分子等,屬于物質(zhì)的范疇。
因此,如果我們把量子空間比作是大海的話,那么各種物質(zhì)就僅只是由于海水的涌動所泛起的泡沫。所謂海水的涌動,是指宇宙的極速膨脹。所以,作為泡沫的物體,它們運動的本質(zhì)是在量子空間隨波逐流。所有物體的行為,都取決于空間量子對物體碰撞的對稱性。
比如,微觀粒子受到了空間量子的不對稱碰撞,因而具有了波動性;宏觀物體的加速運動,引起了空間量子的不對稱碰撞,產(chǎn)生了慣性力;當物體相對于量子空間高速運動時,會引起大量的空間量子不對稱碰撞,從而限制了物體的增速,使該物體以勢能的形式增加能量,表現(xiàn)為速度的不變性;由于物質(zhì)的封閉性小于1,會對外輻射熱能,使量子空間圍繞著該物體形成熱的梯度分布,從而使另一物質(zhì)受到了空間量子的不對稱碰撞,產(chǎn)生了萬有引力。
因此,天體的運動軌跡是由其初始的運動、加速度(離心速度)和熱輻射等多種引起空間量子不對稱碰撞的綜合結(jié)果。類似于漂流,天體現(xiàn)有的運動,是其受到空間量子不對稱碰撞最小的狀態(tài),即是該天體最自然的存在狀態(tài)。
總之,空間不空和物質(zhì)不實。宇宙的主體是量子空間,宇宙極速膨脹的副產(chǎn)品是各種天體。因而,天體懸浮在量子空間,其運動的狀態(tài)取決于空間量子碰撞的對稱性,是隨波逐流的。
不是有的星球飄浮在空中!所有星球都懸吊在空中。有一天所有星聚會,就像一個大玻璃瓶子裝滿琉璃球!
這個說法其實不太對,首先我們都知道地球存在引力,這個引力的指向是朝地心的,所以地球上的所有物體,都會受到地心引力的作用,被牢牢的綁在地上,人類才有了上面和下面的概念,
但宇宙中就不一樣了,宇宙的空間是虛無的,沒有所謂的上下左右之分,如果某個星球要掉來下來,它該往哪里掉呢,所以這就解釋不通,而且如果說宇宙中,真的有什么上面和下面的話,那就是引力的作用方向。
舉個例子,地球受到了太陽的引力作用,這個作用方向就可以看成是下面,因為太陽彎曲了一大片的宇宙空間,某種角度來說,這個空間的內(nèi)的所有天體,都是要掉進太陽當中的,但這些天體是在運動的,它們產(chǎn)生的離心力和太陽的引力達成了一個平衡,所以這些天體都沒事。
而太陽系也是一樣的,太陽系圍繞著銀河系旋轉(zhuǎn),銀河系的質(zhì)量更大,彎曲的空間范圍也更大,那么銀河系的引力作用方向,就可以看成是下面,但還是和上面的原因一樣,只要天體運動的速度足夠,它們是可以抵消,來自于銀河系中心的引力作用。
不過引力的作用,差不多就到此為止了,包括銀河系,仙女座在內(nèi)的一系列大星系,這些大星系的運動軌跡是自由的,它們沒有我們常說的公轉(zhuǎn)現(xiàn)象,也沒有什么物體對它們產(chǎn)生引力的作用。
既然沒有了引力作用,上下的概念就消失了,當然了,這些大星系也是在運動的,但運動的軌跡并不是繞圈,而是朝一個方向直直的飛,所以在經(jīng)過漫長的時間之后,有些星系就會發(fā)生碰撞的現(xiàn)象,兩個星系就會融合成一體。
例如說在很多很多年以后,我們銀河系就會和鄰近的仙女座發(fā)生接觸,到時候兩個星系就要融為一體,但這個時間會非常的漫長,至少估計都要在30億年之后,所以如果人類還活著的話,或許可以看到這個宇宙奇觀。
最后這個問題很清楚了,一個物體之所以會掉下來,是因為受到了引力的作用,而宇宙的空間是虛無的,沒有上沒有下,而地球看起來好像是漂浮在宇宙中,但實際上是因為地球旋轉(zhuǎn)的速度足夠快,它才沒有掉進太陽當中……..
我從小就有一個疑問,為什么所有的星球都是漂浮在空中的?
在日常生活中,我們經(jīng)?梢钥匆姟捌 钡默F(xiàn)象,輪船在水面上浮動,熱氣球在空氣中懸浮,直升機在空中懸停,而放眼地球之外,人造衛(wèi)星始終圍繞著地球旋轉(zhuǎn),月亮始終圍繞著地球運行,而從我們的角度觀測,它們都似乎是漂浮在空中。如果從宇宙星空模擬圖片或者天文望遠鏡觀測到的所有星體,都是靜靜地處在宇宙中的一個相對固定的位置,也好像是漂浮的,這究竟是什么原因呢?
“漂浮”從物理學的角度來看,就是相對于觀察者處于靜止的狀態(tài),也就是說目標物體與觀察者在相同的慣性參照系內(nèi),理論上都處于相同的運動狀態(tài),或者靜止,或者處于勻速直線運動,或者起點相同的變速運動,而在我們平常觀察的事件中,起點相同的變速運動一般很難遇到,雖然這種運動在我們看來也是和我們相對靜止的。那么,從靜止或者勻速直線運動來說,按照牛頓第一運動定律,就表明物體沒有受到外力作用或者所受到的外力相平衡,這個物體就有保持原來運動狀態(tài)的規(guī)律,即表現(xiàn)出慣性。
我們向天空扔一個小球,它最終會經(jīng)過一個拋物線落到地面,因為它受到了地心的引力。假如我們給它一個非常大的初始速度,讓其達到宇宙第一速度,即每秒7.9公里,那么它就會在垂直于地表的方向在最高點靜止或者繞著地球做圓周運動,從而實現(xiàn)了漂浮的目的。而在該速度之下,小球就會因地球引力作用向下墜落,這個墜落的過程和漂浮正好是我們感覺上的兩個相反現(xiàn)象,我們就有了“下”和“上”的感覺,其中“下”就是向著引力來源方向。
這樣的情況自然也會發(fā)生在宇宙空間中,月球圍繞地球運轉(zhuǎn),地球圍繞太陽運轉(zhuǎn),其實是和剛才我們高速拋小球的道理一樣,月球受到地球引力作用,地球受到太陽引力作用,而月球相對于地球、地球相對于太陽的運轉(zhuǎn)速度正好提供了可以和引力相平衡的離心力,使得處于相對平衡的狀態(tài),而是不被引力中心所墜落。
因此從某種意義上來說,宇宙中的星體懸浮,就是星體所受綜合作用力的平衡所致,無論引力是大還是小,只要是平衡,星體就能處于不被引力拖曳進去入引力源的趨勢。
在地球上,我們感覺與懸浮相對的,就是向下的運動趨勢,小球回落地球是受到心的引力,使得我們有了“向下”的概念,我們從高處蹦跳,也是受到地球引力的作用,最終回到地面,也使我們有了跳下的概念。而放眼到宇宙之中,月球受到的地球引力、地球受到的太陽引力,也可以認為對于月球來說,地球引力的方向就是“下”;對于地球來說,太陽引力的方向就是“下”。同樣地,太陽系圍繞銀心運動,對于太陽系來說,銀心的方向即是“下”,而銀河系也繞著宇宙中的一個巨引源在運動,那么巨引源的方向就是銀河系的“下”,只不過這個引力中心不是一個物體,而是眾多星系群的引力合力而已。
而根據(jù)萬有引力公式:F=GMm/(r^2),兩個物體之間引力的大小與物體的質(zhì)量成正比,與相互之間的距離成反比。大質(zhì)量的星體,對外界星體的引力雖然很大,但是如果從非常遙遠的空間來看,這種引力的范圍是有限的,距離越遠,引力衰減得很厲害,當距離達到幾億公里或者以光年計算的話,那么從該大質(zhì)量星體與目標物體間的引力來看,可以忽略不計了。當目標物體所受到的引力非常微小,即處于微重力環(huán)境之下,那么這個星體也基本會保持相對靜止的懸浮狀態(tài)。
138億年的宇宙大爆炸,給如今宇宙的形成提供了豐富的物質(zhì)來源,同時也給了物質(zhì)運動的初始能量,無論是以這些物質(zhì)為基礎(chǔ)形成的恒星、行星、衛(wèi)星,還是小行星、星際塵埃和氣體物質(zhì),都有了初始運動速度,那么,以我們觀察者的角度來看,在由質(zhì)量引發(fā)的萬有引力,以及物體初始運動產(chǎn)生的離心力,甚至在暗物質(zhì)、暗能量的共同作用下,宇宙中的所有星體,都在各種力的作用下,達到了一種穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。
我們在地球上看一個物體的“漂浮”,其實是緣于與物體墜落的對比形成的一種感覺,我們生活在地球表面之上,相對于在空中的物體,我們就類比性地將物體向地面墜落,即地心的引力作用視為與我們合而為一,從而以慣性思維的方式認為只要是與地球相對靜止的物體,其都處于懸浮狀態(tài),這種認知是非常帶有局限性的,主要表現(xiàn)在:
忽略了運動的絕對性。小到一個物體,大到一個星體,再擴展到星體所在的星系,其實都是處在不斷地運動之中,沒有絕對靜止的物質(zhì)。只之所以出現(xiàn)懸浮,是以我們自身觀察的角度來看的。
忽略了力的平衡性。從我們的視角出發(fā),肯定非常自然地認為空氣中的物體墜落到地表是理所應當,而“漂浮”是特例,這當然是一種慣性思維,是我們長期生活在地球上的一種思維定勢。其實,任何物質(zhì)保持相對穩(wěn)定的狀態(tài),是一種不受力或者受力平衡的結(jié)果所致,而在宇宙空間中,完全不受力的狀態(tài)是不存在的,雖然距離非常遙遠的星體所受的引力非常微小,但也是存在微重力的環(huán)境的,而這個微重力的產(chǎn)生是眾多星體綜合作用的結(jié)果。因此,星體的相對穩(wěn)定,是各種綜合作用力的平衡造成的。
忽略了空間的各向同性。在地球上,我們在地球引力的影響下,認為物體向地球墜落的方向為“下”,在此基礎(chǔ)上人為定義了上和前后左右。而在宇宙空間中,就沒有所謂的上下左右的概念。如果以引力源為參照系,那么如果人身在引力源之中,就可以理解為向著引力源靠近的方向為下,而這種參照系的方位變化,將會與地球上的完全不同。在另外一種情況下,比如微重力環(huán)境,就沒有明確的引力來源方向,我們在這個環(huán)境中,就沒有處于主導地位的引力方向,也就失去了可以作為“下”的承載面,宇航員太空漫步中,如果沒有一個明確的星球作為背景,將無法分辨上下左右,只能以自己的軀體方向作為衡量標準;而在飛船之內(nèi),只能以飛船的空間布局作為衡量標準。
星體之所以能夠在宇宙空間中“漂浮”,是因為其受到的綜合作用力相互平衡所致,有始終保持運動規(guī)律的慣性。同時,由于在宇宙空間中所有星體的周圍都是“虛無縹緲”的空間,沒有了上下前后左右的概念,也就失去了我們在地球上感覺出來的物體“墜落”的參照系統(tǒng),沒有了墜落,也就談不上“漂浮”,這只是星體的自然狀態(tài)而已。
這是因為你還不明白,什么是宇宙,什么是地球,我們生活在地球上,由于地心引力而形成腳踏實地感。而地球在宇宙中,只是無數(shù)星球中一個,而宇宙是無邊際的,我們感覺的東西南北是地球磁場及太陽形成的,在宇宙中不存在方向,上下的。你知道,人在太空中是飄浮著的,因為只要離開地球引力,進入真空,就沒有壓力了。
在浩瀚的宇宙中地球與其它星球一樣,象一個個小顆粒都懸浮于空中,彼此離得特別遠……
記得小時候,看見太陽從西邊的山上掉下去了,問大人們太陽到哪去了,大人們會說,太陽在山那邊!再后來終于到了山的那邊,并沒有見到過太陽的影子,山的那邊還是山!
所以說:山外有山,天外有天,沒有盡頭!
宇宙中的天體不能漂浮,或產(chǎn)生這種疑問,其實都是人們直覺上的一種誤解,因為我們生活在地球表面,在地球上繁衍和進化,我們已經(jīng)習慣了所有的物體都被牢牢地控制在地面上,在地球上沒有任何東西可以不依賴于地面的支撐力而存在。
你可能會想那飛機和鳥兒就可以離開地面,而它們只是因為空氣給了其向上的浮力,但空氣也是依賴于地面的支撐力,飛機和鳥兒會通過空氣間接的將自身的重量傳遞到地面上。所以我們已經(jīng)習慣了任何東西在沒有受到支撐力而下落的情況。
在1687年牛頓提出萬有引力之前,我們在地球上所看到的情況,真的很難解釋為什么所有的天體都可以“漂浮”在天空上,而且還做著規(guī)律的運動。但這種奇怪的現(xiàn)象也需要要得到解釋,因為在古希臘時期人們就提出了這樣的觀點,他們認為我們的世界,也就是地球上的一切物質(zhì)都是由四種基本元素組成的,分別為土、水、氣、火。較重的元素,例如:土和水,就會依次沉降、而較輕的元素,如氣和火就會漂浮在較重的元素上。
以上的說法貌似是解釋了我們在地球上所看到的一切現(xiàn)象,但是它解釋不了宇宙中其他天體為什么漂浮在宇宙中,以及它們?yōu)槭裁磿\動等,這些本質(zhì)性的問題。在當時人們心中的太陽系模型還是地心說,這套理論雖說能解釋一些我們觀察到的天體運行規(guī)律,但是它并給不出具體的原因。
1543年哥白尼在其臨終前發(fā)表了《天體運行論》,首次質(zhì)疑了統(tǒng)治人類幾千年的地心說,日心說的出現(xiàn)雖然給了人們更加準確和簡單的太陽系運行模型,但是也沒有解釋天體運動的本質(zhì)問題,甚至哥白尼的日心說在當時還沒有托勒密的地心說對太陽系運行的描述準確。因為哥白尼認為所有天體的軌道都是完美的正圓形。
雖說日心說的出現(xiàn)一開始并沒有讓大眾得以接受,因為其缺乏數(shù)學支撐而且對太陽系的描述并不準確。但是有一個人堅信哥白尼是正確的,并且繼承了哥白尼和自己老師(第谷·布拉赫)的衣缽,在1609到1619年間發(fā)表了行星運行三大定律,完美的解釋了太陽系中當時所觀察到的一切運動現(xiàn)象。但是開普勒并不是清楚為什么天體會互相運動,他也不清楚為啥天體能漂浮,而地球上的一些東西都要下落。
其實以上的所有問題,現(xiàn)在看來都不是問題,因為人類科學史上一代偉人牛頓的出現(xiàn)可以說解決了人類當時能觀察到的一切物理運動,小到地球上的馬車、飛機,大到太陽系中所有天體運動的本質(zhì),乃至整個星系的相對運動都可以用牛頓理論(引力和三大定律)來解釋。
在地球上所有的物體想要相對的靜止不動,受到的凈外力都需要為零,也就是說力的存在是物體運動的本質(zhì),沒有受到凈外力的物體它就會保持自身初始的運動狀態(tài),這包括靜止和勻速直線運動。所以勻速直線運動和靜止都是物體本身固有特性,它們兩個任何一個都沒有特殊之處。
我們生活在地球上,所有物體會下落只是因為受到了力的作用,而這個力正是地球的引力,我們能穩(wěn)定地待在地面上也是因為引力和地面的支撐力相互平衡。而引力的存在也給我們?nèi)祟愐环N方向感,所以我們在地球上規(guī)定出了上下左右或者東南西北。反觀宇宙中的天體,我們就拿地球來說,它在太陽系中受到最大的力就是太陽的引力,因此它可以在引力的作用下一直繞太陽運行,其實也是在一直往太陽的方向墜落,但由于地球有一個很高的沿軌道上的切線速度,所以地球一直在墜落,但一直會錯過與太陽表面相撞。
如果我們降低地球沿公轉(zhuǎn)軌道上的切線速度,那么地球就會螺旋靠近太陽,也就是墜落在太陽表面。換句話說,所有在其軌道上運行的天體,都在向自己的引力源墜落,但是是水平切線上的速度又導致了與引力錯過。
如果我們把地球從太陽系中拿出來,放進空曠的星系空間中,那么地球本身就不會受到任何力的左右,那個根據(jù)牛頓理論,一個不受力的物體會一直保持自身初始的運動狀態(tài),地球要么靜止不動,要么勻速直線運動。
人類的直覺都是在地球上形成的,地球上的環(huán)境造成了我們直覺上的錯誤,認為物體只要漂浮肯定是受到支撐力,沒有支撐力就會下墜。但是對于宇宙來說,漂浮才是常態(tài),因為沒有力就沒有運動,而運動只是受到了力的作用。并且在宇宙中沒有方向一說,方向這種說法完全是人類的感覺和定義,在宇宙中任何方向在物理學上都是等價的。并沒有下墜這么一說,因為就沒有下這個方向,而只有運動。
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