|地球重达60万亿亿吨,为什么能漂浮在太空,而不是掉入宇宙深渊?
地球的质量5.965×10^24kg , 也就是接近60万亿亿亿吨 。 但如果我们在从太空上看 , 就会看到地球好像是悬浮在宇宙空间当中的 。 要知道 , 在地球上对我们很多人而言都有一种感受:东西都会往下掉 , 那为什么地球没有一直可以“腾空” , 而没有掉下去?
万有引力定律
学过高中物理的童鞋可能会直接回答:这是因为万有引力造成的 。 根据牛顿的力学三大定律 , 我们知道“力是改变物体运动状态的原因” , 地球上的东西会下落 , 是因为受到万有引力 。 而地球看起来是“腾空”的 , 是因为地球的“下方”并没有任何物体吸引它 , 也就是没有力拖拽着地球“朝下”运动 。 地球的“受力”主要来自于太阳的万有引力 。 太阳的引力使得地球绕着太阳转动 。
【|地球重达60万亿亿吨,为什么能漂浮在太空,而不是掉入宇宙深渊?】那问题来了 , 万有引力又是什么?
牛顿是看到了东西下落的现象 , 然后把这个现象叫做引力现象 , 然后基于观测 , 提出的万有引力定律 。 根据万有引力定律 , 我们知道引力和物体的质量成正比 , 与距离的平方成反比 。
实际上 , 在牛顿的时代 , 就有人问过他 , 万有引力的本质到底是什么?
牛顿认为万有引力是一种超距作用 。 说白了就是 , 两个物体不需要接触 , 就可以有“力”的作用 , 同时万有引力可以时间瞬间的传递 , 根本不需要传播的时间 。 举个例子 , 按照牛顿的万有引力定律 , 如果太阳突然间消失了 , 那么地球也会瞬间沿着轨道的切线方向飞出去 。 因为就在太阳消失的那一刻 , 地球受到的太阳引力也就消失了 。
那牛顿这样的看法到底是对的吗?
广义相对论
客观地说 , 牛顿的理论在200,300年来 , 一直都是十分精准的 , 很符合我们平时观测的结果 。 但是 , 随着科学技术的发展 , 人类能够观测到的现象越来越多 , 就发现牛顿理论放在一些尺度下就不太对了 。 比如 , 如果是在亚原子级的微观尺度下 , 牛顿力学就不够用了 , 误差会非常大 。
除此之外 , 科学家还发现在引力特别强的地方 , 或者速度特别快的情况下 , 牛顿的理论也会出现很大的误差 。 那么问题到底出在了哪里?
爱因斯坦在1905年就提出了他和牛顿完全不同的时空观 。 牛顿之所以提出万有引力定律和牛顿力学是有一个基础假设的 , 那就是他假设空间和时间是分开的 , 也是刚性的 。 对于任何运动状态下的参照物而言 , 空间和时间都是一样的 , 不会随着运动状态的改变而发生改变 。 说白了 , 不管你是坐着还是跑步 , 你看到的一米就是一米 , 你感受到的1秒就是1秒 。
【|地球重达60万亿亿吨,为什么能漂浮在太空,而不是掉入宇宙深渊?】不过 , 爱因斯坦就提出了不同的看法 , 他认为时间和空间应该被统一起来 , 并成为时空 , 同时时空可以被弯曲的 。 不同运动状态下的人感受到的时空是不一样的 , 也就是说你坐着和你跑着 , 感到的一米和一秒实际上是有区别的 , 只不过这区别实在微乎其微(小数点后16位) , 以至于你根本感受到这个区别 。
基于这样的时空观 , 爱因斯坦在1915年提出了广义相对论 。 在广义相对论当中 , 爱因斯坦提出 , 引力的本质是时空的弯曲 。 还是以太阳为例 , 太阳由于质量特别大 , 它就会弯曲周围的时空 。
要知道地球只能贴着时空的测地线运动 , 这里的测地线类似于“平面内两点之间的最多距离” , 而时空被弯曲了 , 因此 , 地球特别弯曲的时空运动 。 从我们视角来看 , 地球就是在绕着太阳运动 。
爱因斯坦的这一套听起来很玄 , 超出了我们日常的经验 。 但是广义相对论是可以解释牛顿理论解释不了的问题 , 比如:水星进动现象 。
不仅如此 , 广义相对论还有很多预言后来都被印证了 , 比如:黑洞 , 引力波 。 而我们如今的宇宙学理论也是基于广义相对论 。 更关键的是 , 广义相对论还被实验和观测所佐证 。 因此 , 广义相对论取代了牛顿的万有引力定律成为了关于“引力现象”最主流的科学理论 。
而按照广义相对论 , 地球之所以“悬空”本质上是因为它被“时空”给托住了 , 地球是沿着时空的测地线在运动的 。
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