地球并非懸浮太空：從引力到時(shí)空彎曲，看懂永恒的 “墜落”

在我們所居住的地球上，任何有質(zhì)量的東西都會(huì)朝著地面掉落，這正是由于地球強(qiáng)大的引力在持續(xù)的發(fā)揮作用，上千年來，無數(shù)的觀察和科學(xué)實(shí)驗(yàn)都無一例外的證實(shí)了這個(gè)自然定律。

然而，隨著天文學(xué)的發(fā)展，我們的目光早已放到地球之外。但你有沒有思考過一個(gè)問題：在浩瀚無垠的宇宙中，為什么所有的星球都懸浮于宇宙中，我們熟悉的地球同樣如此，它們會(huì)不會(huì)也在朝著某個(gè)方向不停地墜落？

地球真的“懸浮”在宇宙中嗎？

從地球之外看地球，我們似乎靜止的懸浮在宇宙中，但實(shí)際上，地球一直以每秒 30 公里的速度繞太陽狂奔，這就是地球的公轉(zhuǎn)，不僅地球，整個(gè)太陽的八大行星都在繞太陽公轉(zhuǎn)。

這種看似矛盾的“動(dòng)態(tài)靜止”現(xiàn)象，是因?yàn)閰⒖枷档牟煌厍虻摹皠?dòng)力”來源于 46 億年前，太陽系形成之初，原始星云的角動(dòng)量，早期的地球就像一顆被甩出去的“旋轉(zhuǎn)陀螺”，這才有了繞太陽公轉(zhuǎn)的初速度。

太陽作為太陽系的核心，其質(zhì)量占到了整個(gè)太陽系的99.86%，因此，太陽對(duì)地球產(chǎn)生的引力也是非常強(qiáng)大的。根據(jù)牛頓的萬有引力定律，太陽理論上會(huì)對(duì)地球產(chǎn)生向內(nèi)的引力，最終墜落到太陽表面。

但是由于地球擁有繞太陽公轉(zhuǎn)的初始速度，于是就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)額外的離心力，這兩種作用使地球和太陽之間形成了一種動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。公轉(zhuǎn)的速度大小也很關(guān)鍵，如果地球公轉(zhuǎn)速度變快就會(huì)逃離太陽；如果速度變慢則會(huì)墜入太陽，現(xiàn)在地球的速度剛好使地球既沒有飛離太陽，也沒有被太陽拉過去，而是穩(wěn)定的沿著橢圓軌道運(yùn)行。

在日常生活中，我們已經(jīng)習(xí)慣了一個(gè)物體必須要有支撐力才能保持靜止，比如桌子上的一杯水，必須有桌子的支撐才不會(huì)掉下去。但是對(duì)宇宙空間來說，就與我們的日常認(rèn)知不同了，所以我們才會(huì)產(chǎn)生地球在宇宙空間中懸浮的錯(cuò)覺，實(shí)際上，它一直在沿著既定軌道運(yùn)動(dòng)，并且一直在“向下墜落”。

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宇宙中沒有“上下左右”之分，上下只適用于地球上或其它星球表面，但在宇宙空間中，根本沒有上下之分，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膩碚f，地球其實(shí)一直在朝著太陽的方向墜落，但地球的公轉(zhuǎn)卻又是一個(gè)“永遠(yuǎn)墜落但永不接觸”的過程，這該如何理解？

我們可以想象自己在海邊沿著水平方向向前扔石頭，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，石頭總是會(huì)先向前運(yùn)動(dòng)一段距離，再掉到地面上，我們用的力量越大，石頭就會(huì)運(yùn)動(dòng)的越遠(yuǎn)。

假如你用的力無限大呢，那石頭就會(huì)飛離地球，再也不會(huì)掉下來了。那么理論上應(yīng)該存在一個(gè)力量的臨界點(diǎn)。如果我們?nèi)邮^的力量達(dá)到了這個(gè)臨界點(diǎn)，石頭就不會(huì)掉下來了，而是會(huì)不斷地沿著地球運(yùn)動(dòng)。

此時(shí)，對(duì)石頭來說，并不代表它就懸浮在地球中，也并不代表它沒有向下墜落。說的通俗一點(diǎn)，石頭一直在做“自由落體運(yùn)動(dòng)”，只不過是有水平方向的自由落體運(yùn)動(dòng)。

這正是著名的“牛頓大炮”設(shè)想，當(dāng)石頭墜落的弧形與地球的弧形一致的時(shí)候，石頭就永遠(yuǎn)不會(huì)墜落到地面上。現(xiàn)在我們把地球看作這塊石頭，就能理解為什么它一直在向太陽的方向墜落，但又永遠(yuǎn)不會(huì)掉到太陽表面上了。

如今圍繞地球運(yùn)行的空間站，就是利用了這個(gè)原理，這里就涉及到我們常聽說的第一宇宙速度，也叫環(huán)繞速度，大約為 7.9km/s，指的是地球上發(fā)射的物體，繞地球表面做圓周運(yùn)動(dòng)所需的最小速度。

從本質(zhì)上講，空間站和它內(nèi)部的物體都在做自由落體運(yùn)動(dòng)，但在水平方向上，它有足夠的速度使得自身一直繞著地球表面運(yùn)動(dòng)，在垂直方向上，它自身包括其內(nèi)部的物體一直在向“下”墜落，所以會(huì)有失重的感覺。

結(jié)語：

放眼整個(gè)宇宙：從太陽系到銀河系，天體的運(yùn)行也都遵循著這個(gè)規(guī)律。太陽帶領(lǐng)著整個(gè)太陽系，以每秒230公里的速度繞銀河系中心狂奔，完成一圈公轉(zhuǎn)需耗費(fèi)2.5億年。

愛因斯坦的廣義相對(duì)論對(duì)引力的本質(zhì)提出了更深層次的解釋，引力其實(shí)并非是一種力，引力的本質(zhì)是對(duì)時(shí)空的彎曲，地球本質(zhì)上是沿著被太陽質(zhì)量扭曲的時(shí)空“最短路徑”（測(cè)地線）自然前行。

從宇宙大爆炸開始，宇宙就一直處于不斷演化和運(yùn)動(dòng)的過程，能量和物質(zhì)也在不停的轉(zhuǎn)換，這種動(dòng)態(tài)的本質(zhì)也決定了，宇宙中不存在絕對(duì)靜止的東西。