你以為地球懸浮在太空,是因為有什么神秘力量在下面托著它?
錯了!
在宇宙里,“掉下去”這三個字本身就是一個巨大的謊言。
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太空中沒有地板,沒有天花板,沒有上下左右,如果你閉上眼睛,往任何一個方向走上一億光年,你都不會撞到墻,更不會摔在什么東西上,那么問題來了:既然沒有“下面”,地球為什么不飛走?為什么要老老實實繞著太陽轉?
答案比你想象的更嚇人:因為太陽在地球腳下挖了一個看不見的“坑”, 地球從來沒有懸浮著,它正處于永恒的墜落之中,在這個坑里瘋狂打轉,轉了 46 億年還沒轉到底,這個坑叫做“時空彎曲”,是愛因斯坦發現的,而它的深度,直接決定了地球的生死。
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300 多年前,牛頓坐在蘋果樹下,被一顆蘋果砸中了腦袋,他想通了一個偉大的道理:蘋果之所以往下掉,是因為地球有引力把它拉了下來,同樣的,月亮繞著地球轉,地球繞著太陽轉,也是因為萬有引力。
但是牛頓至死都沒想明白一件事:引力到底是個什么東西?
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太陽和地球之間隔著幾億公里的真空,連空氣都沒有,太陽是怎么伸出一只“看不見的手”把地球拽住的?這個問題困擾了科學家整整 200 多年,直到 1915 年愛因斯坦提出了廣義相對論,給出了一個驚世駭俗的答案:
引力根本不存在!
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你沒聽錯,那個讓蘋果掉下來的力,那個讓地球繞著太陽轉的力,其實并不是一種“力”,它是時空被扭曲后的假象。
怎么理解這個概念?
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想象一下,四個人拉住一張床單的四個角,把床單繃緊,這張床單就是平坦的宇宙空間,現在你把一個沉重的鐵球(太陽)放在床單中間,床單會怎么樣?會凹下去,形成一個漏斗狀的大坑,這時候,你再往床單邊緣放一顆玻璃珠(地球),如果你只是輕輕放手,玻璃珠會順著坡度直接滾進坑底,撞上鐵球(也就是地球墜入太陽)。
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但如果你給玻璃珠一個側向的推力,奇跡發生了:玻璃珠不會掉進坑底,也不會飛出床單,而是會順著那個凹陷的弧度,一圈一圈地繞著鐵球轉動。
我們管這種滑動叫做“公轉”,所以地球不是被太陽“拉著”轉的,而是在一個彎曲的時空里走它認為的“直線”,只不過在彎曲的空間里,直線走著走著就變成了圓圈,這就像你在地球表面一直向東走,最后會回到原點一樣。
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1919 年,英國天文學家愛丁頓利用日全食觀測證明了這一點,他發現,遠處的星光經過太陽附近時發生了偏折,光永遠走直線,如果光拐彎了,說明空間本身就是彎的,愛因斯坦是對的:時空真的被挖了一個坑。
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那問題來了:既然地球一直在往那個坑里滑,為什么它不會掉進太陽里?
答案是:速度,快到極致的速度。
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還記得那個床單上的玻璃珠嗎?如果它沒有側向速度,它必死無疑。地球之所以能活到今天,全靠它驚人的“逃命”速度,地球繞太陽公轉的速度是 每秒 29.8 公里,這是什么概念?手槍子彈的出膛速度大約是每秒 0.4 公里,步槍子彈大概是每秒 1 公里。
地球的速度是子彈的 30 倍!只要 7 分鐘,地球就能飛完赤道一圈的距離,正是這個狂暴的速度產生離心趨勢,完美抵消了太陽時空凹陷帶來的向心趨勢。
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如果地球突然“剎車”停下來會怎么樣?
后果很恐怖:失去了橫向速度的支撐,地球會立刻從軌道上跌落,大約 65 天后,地球就會一頭撞進太陽里,在那之前,隨著距離拉近,地球上的一切海水會被蒸發,大氣被剝離,巖石融化成巖漿,最后化為一縷青煙。
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但別擔心,這種事情不會發生,因為太空是接近完美的真空環境,沒有空氣,沒有摩擦,沒有阻力。地球在 46 億年前獲得的那個速度,至今幾乎沒有損失,它是一顆停不下來的永動機。
說到這里你可能會問:地球最初那個救命的速度是從哪里來的?
是誰推了它一把?
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這就要追溯到太陽系的誕生了,46 億年前,銀河系的某個角落有一片巨大的氣體和塵埃云,也就是“原始星云”,這片星云在自身引力作用下開始收縮,為什么會旋轉?因為宇宙中的物質最初就帶有微小的擾動和角動量,這是一個物理學鐵律:角動量守恒,就像花樣滑冰運動員,當他把張開的雙臂收回胸前時,旋轉速度會瞬間加快。
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原始星云也是一樣,當它急劇收縮成太陽時,它的旋轉速度越來越快,太陽周圍拋灑出的殘渣碎片形成了行星,包括地球,地球繼承了那片星云的原始角動量,所以它從出生的那一刻起,就在旋轉,就在飛奔,它不是被誰推的,而是生來就在奔跑。
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但光有速度還不夠,地球能穩定運行 46 億年,還因為它和太陽之間達成了一個精妙的平衡,這是一個殘酷的篩選過程:如果地球速度太快,它就會掙脫太陽的引力坑,飛向宇宙深處,變成一顆流浪星球,在寒冷和黑暗中死去。
如果地球速度太慢,它就會抵抗不住引力,螺旋墜入太陽,變成一團火焰,只有速度“剛剛好”,地球才能既不飛走,也不墜落,安安穩穩地繞著太陽轉圈,其實在太陽系形成的初期,有無數的碎片和小行星因為速度不對而被淘汰了,要么被甩飛,要么被吞噬。
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地球是這場長達 46 億年的死亡游戲的幸存者。
既然地球正以每秒 30 公里的速度狂奔,還以每秒 465 米的速度自轉,為什么我們坐在椅子上,感覺穩如泰山,一點暈車的跡象都沒有?
閉上眼睛想一想,當你坐在勻速行駛的高鐵或飛機上時,如果窗戶關著,你能感覺到自己在動嗎?你能在車廂里自如地行走、倒水,只有在火車加速、減速或轉彎時,你才會感覺到推背感或傾斜。
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這就是慣性系原理,地球的運動非常均勻,幾乎沒有加速度,而且地球上的一切:空氣、水、高樓大廈,還有我們,都在以完全相同的速度一起運動,我們沒有一個靜止的參照物,所以感覺不到風馳電掣。
所以地球之所以能懸浮在太空中不墜落,不是因為有什么神力托舉,而是宇宙沒有方向,“掉下去”是個偽命題,太陽的質量壓彎了時空,地球在這個彎曲的滑梯上運動,甚至可以說地球一直在向太陽墜落,但它每秒鐘 30 公里的橫向速度,讓它每一次都完美地“錯過”了太陽。
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這種狀態,物理學上叫“軌道”,但在本質上,這是一種永恒的、沒有終點的墜落,我們人類,就生活在這顆正在“墜落”的星球上,每一秒鐘,我們都隨地球在太空中飛越了 30 公里,每一年,我們都在這無盡的深淵邊緣完成一次驚險的輪回。
這不是神跡,這是冰冷的物理規律,但正是這些規律,在死寂的宇宙中圈出了一塊溫暖的綠洲,讓我們有機會站在這里,仰望星空,去思考這一切的奧秘。
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