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地球质量如此巨大,为何能一直漂浮在宇宙中,不向下坠落?

2021-3-5 44 3/5

地球质量如此巨大,为何能一直漂浮在宇宙中,不向下坠落?

1797年英国化学家物理学家卡文迪许,通过测定万有引力常数,计算出较为精确的地球质量,也就是我们现在常说的60万亿亿吨,那为什么质量如此巨大的地球,能够一直漂浮在宇宙中,没有“向下坠落”呢?今天所长就来给大家解解惑,要了解地球为什么会飘在太空中这个问题,我们得先从经典物理学的角度说起,牛顿可以说是现代科学的奠基人,他的主要成就是力学的三大定律和万有引力定律,牛顿发现的万有引力定律,将引力视作为一种无视距离的“瞬时力”,物体质量越大,产生的引力也越大,小质量物体会自动被大质量物体所吸引,比如质量较小的月球绕地球公转,地球绕太阳公转一样。

当物体速度超过第一宇宙速度时,就能在地球表面作圆周运动,必须具备的发射速度,大约为每秒7.9公里,卫星和探测器的原理就是如此,在地球上,所以地球上的任何物体,都会由于地球引力和地球自转向心力的共同作用向下坠。因此,由于普通人并没有科学家那般的宏观视角,所以在生活中,人们就形成了万物都会“向下坠”的错误理解,地球也是如此,可实际上真是这样吗?当然不是,因为宇宙中并没有任何力拽着地球“向下坠”,再加上宇宙本身就没有,上下左右这种简单的概念,如果非要下一个定义,那就是地球其实是在朝着太阳“下坠”。

同时,月球火星木星还有金星等天体,都会对地球产生一定引力,但由于天体本身质量不够大,这些引力与太阳引力根本不在一个重量级上,而且地球拥有一定初速度,所以我们能够看到,地球是绕着太阳做椭圆轨道运动,因此通过牛顿的理论,地球在宇宙中并不会下坠,而是受到太阳的引力,方向朝向太阳本身,假如太阳引力过于强大,地球就会“下坠”到太阳里。另外,爱因斯坦提出的相对论中理解这个问题,在狭义相对论中,时间和空间共同组成时空,人类就生活在一个四维时空当中,而在广义相对论中,他又对狭义相对论进行了更深层次的解释,他认为引力并不存在。

引力不再是看不清摸不着的“万物固有属性”,其本质其实是时空的弯曲,用专业的话来讲,是质量扭曲时空产生的几何跌落效应,通俗一点就是所有质量小的物体,都在向质量大的物体跌落。爱因斯坦认为,月球之所以会绕着地球转,主要是因为质量更大的地球,“压弯”了周围时空,而且月球是沿着时空的“测地线”在运动,这里的测地线指的就是月球和地球这两点之间的最短距离,按照广义相对论,光在宇宙中并不是按照直线飞行的,而是严格按照测地线飞行。假如光线附近有大质量天体存在,那么光线就会出现弯曲现象,特殊情况下甚至能够形成引力透镜,比如吸力极强的黑洞就能捕获光线。

同样的,地球绕着太阳转,实际上也是因为太阳质量太大,压弯了太阳系的时空,包括地球在内,太阳系星球都在沿着测地线运动,也就是说,大家可以把地球公转,理解为在走四维时空中的“直线”,且真空无摩擦,符合牛顿第一定律阐述的地球并不受力,一直在进行匀速直线运动,所以从相对论的角度,空间的弯曲并没有使得地球向下运动的趋势,同时也没有任何的力促使地球向下运动,地球也就不会下坠。

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