行星|地球为什么绕着太阳转？它又为什么自己旋转？答案您绝对不会想到( 二 )
文章图片
文章图片
离心力Fc由公式
导出 ， 这里R和m相等 ， “v”指切向速度（即不包括向恒星径向运动距离的行星围绕恒星的旋转速度） 。还有一种用角动量表达的简单方式 。由
导出的L总是常数 ， 用L表示Fc 可以写成
。这样可以求得“离心效应势能”Uc 。当然“效应” 一词只是物理学家们的小幽默：“对对对我知道离心力不是一种真正形式的力 ， 只是幽默一下 ， 别杠 。” 。
看总势能U=Ug+Uc, ， 为什么轨道能稳定存在似乎有了答案 。为了更好的演示 ， 物理学家们经常使用“势能图”——一种描述力和能量的直观方式 。要理解它并不难 ， 只要想象将一颗小玻璃球放在线上然后想象它会怎么滚动 。例如下图线上的“小球”会向左滚动 ， 但距离不会太远 。
文章图片
文章图片
用与太阳的距离表示的势能曲线 。当行星太靠近太阳 ， 离心力会把它“甩开“ ， 当行星距离过远 ， 引力又会将它”拉回来“ 。一个稳定的约束轨道中的行星没有足够的力从势能曲线的”坑“里甩出来 。这张图也解释了为什么很难进入一个运行轨道 ， 因为当你从远处向轨道前进 ， 会有足够的力迫使你回到原点 。
一个稳定轨道在势能曲线的凹槽内 。如果离的太远引力将它拉回 ， 离得太近离心力又会把它甩开 。
文章图片
文章图片
如果你还想要一个对宇宙感到有趣的理由 ， 那么——稳定的引力轨道只存在于二维和三维宇宙中！引力和声波光波的衰减是一样的（在我们的例子中是1/R2） ， 所以假设我们的宇宙是D ， 引力Fg为
【行星|地球为什么绕着太阳转？它又为什么自己旋转？答案您绝对不会想到】 ， 当维度D3, ， 产生的引力势能
。当D=2. ， 引力势能
。
文章图片
文章图片
维度数量越高 ， 引力衰减越快 。一维宇宙不存在圆周运动和轨道 。二维和三维宇宙里力在稳定轨道处平衡 。四维宇宙中物体只能掉落或飞出（掉落或飞出取决于它的角动量） 。五维或五维以上 ， 如果距离近则引力主导 ， 距离远离心力主导 。
对低维度宇宙（2维/3维）来说 ， 在形成轨道的区域小R面对的是更强的离心力 ， 大R面对的是更强一点的引力；对高维宇宙来说 ， 小R面临着更强的引力 ， 大R面临的是更强的离心力 ， 所以物质的结局只有两种——被抛出或坠落 。
推荐阅读
- 温枪|为什么测温枪一下子就能测出人体的温度？
- Spacex|SpaceX拟发射两次猎鹰9号火箭 并进行星际飞船试飞
- 地球|哈勃：出现宇宙碰撞之前！“仙女银河”外围已撞上，影响地球吗？
- 科学|为什么没有人被暗物质杀死？
- 科学,NASA|56年前的NASA航天器将坠落地球 不会构成威胁
- 科学|哈勃：出现宇宙碰撞之前！“仙女银河”外围已撞上，影响地球吗？
- |为什么微信用户这么多，QQ还能成为中国第二大社交软件？
- 宇宙|宇宙深处每隔16天出现的信号，外星人的求救信号？还是呼叫地球
- 设备|投屏功能为什么如此重要
- 科学|为什么动物能直接喝脏水，而人类喝水需要过滤？