重达60万亿亿吨!地球为何能飘在太空中,而不向下坠落呢?

如题所述

公元前200多年,古希腊数学家埃拉托斯特尼利用太阳光直射原理计算出了地球的直径。到了1798年,时年67岁的卡文迪许通过测定万有引力常数,得出了地球的质量为5.965×10^24千克,即现今所称的60万亿亿吨。
为什么地球能在太空中飘浮,而不是向下坠落呢?按照我们日常的理解,如此庞大的地球必然受到某种力量的支撑,否则它应该会坠落到地面。然而,太空摄影技术的发展却显示,地球似乎是悬浮在宇宙空间中的。不仅是地球,哈勃望远镜拍摄的太阳系其他天体和星系也呈现出类似的视觉效果。这引发了关于宇宙真实状态与人类传统认知之间的冲突。
地球真的飘在宇宙中吗?从物理学角度来看,物体在没有外力作用时,会保持静止或匀速直线运动。地球正以30公里/秒的速度绕太阳公转,这被称为“坐地日行八万里”。从物体受力的角度来说,地球上的物体附着在地表,是因为地球的质量中心位于地核,物体因此受到地核的引力作用。但在宇宙空间中,地球的“下方”并不存在一个质量中心,这一点使得地球失去了“坠落”的依据。然而,事情并没有那么简单。
牛顿的万有引力定律基于观测和实验,牛顿提出了万有引力定律,认为引力是一种不受距离限制的“瞬时力”,质量越大的物体引力越强。小质量物体会被大质量物体的引力吸引,例如苹果坠向地核,月球绕地球公转。牛顿将引力视为影响一切的力量。然而,由于当时的科技水平和认知限制,牛顿并未深入理解引力的本质,只是将其作为一种“固有属性”来对待。此外,按照牛顿的定律,如果太阳突然消失,地球应该会被抛离轨道。
爱因斯坦的广义相对论20世纪初,为了解决包括水星近日点摄动在内的一系列问题,爱因斯坦开始将引力纳入狭义相对论,并最终推导出了适用于近光速和强引力状态下的广义相对论。在广义相对论中,引力不再是神秘的“固有属性”,而是由质量扭曲时空产生的几何效应。通俗地说,所有质量较小的物体都在向质量较大的物体跌落。
在广义相对论的视角下,地球并非漂浮在太空中,而是在向太阳跌落。由于太阳质量占据了太阳系总质量的99.86%,太阳系内的天体,包括地球,都受到太阳质量造成的时空弯曲的影响,从而围绕太阳公转,或者说在向太阳跌落。就像人造卫星以足够快的速度绕地球公转以避免坠落一样,地球的近30公里/秒的公转速度产生了足够的“离心力”,以平衡太阳的引力。在几乎没有阻力的太空中,地球可以长时间保持这一速度,从而持续绕太阳公转。
总的来说,天体和天体系统的公转实际上是一种跌落过程。绕着某个天体公转,就是向该天体跌落。之所以没有坠落,是因为公转速度恰到好处。
宇宙中的运动遵循相同的模式,从月球绕地球公转,到地球绕太阳公转,再到太阳系绕银河系中心的超大质量黑洞人马座A*公转,银河系绕室女座超星系团质量中心公转,室女座超星系团绕巨引源公转。这些运动都是在引力的作用下进行的无限循环。
根据广义相对论,光子在宇宙中并非沿直线传播,而是遵循“测地线”路径。如果前方有大质量天体,光线会被弯曲,甚至在特定情况下形成引力透镜。如果天体质量超过一定极限,光线甚至会闭合成环,无法逃离该天体的引力范围,从而使天体在可见光范围内不可见,形成黑洞。
要构建一个合理的宇宙模型,我们必须首先摒弃所有现有的“宇宙科普画面”,因为它们都是二维的,而宇宙至少是三维的。在三维宇宙中,天体并非简单地压迫时空产生凹陷,而是创造出全方位的“吸引源”,因此周围所有物质都会被吸引并靠近天体。
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