楠木軒

重達60萬億億噸的地球,為什麼沒有撞向太陽,反而懸浮在太空中?

由 公冶爾藍 發佈於 科技

一七九七年英國化學家、物理學家卡文迪許通過測定萬有引力常數,計算出了較為精確的地球質量,也就是我們現在常説的六十萬億億噸。那為什麼質量如此巨大的地球能夠一直漂浮在宇宙中呢?

太陽對地球有引力

我們得先從經典物理學的角度説起,牛頓可以説是現代科學的奠基人,他的主要成就就是力學的三大定律和萬有引力定律。牛頓發現的萬有引力定律,將引力視作一種無視距離的瞬時力,物體質量越大產生的引力也越大,小質量物體會自動被大質量物體所吸引,比如質量較小的月球繞地球公轉,地球繞太陽公轉一樣,當物體速度超過第一宇宙速度時,就能在地球表面做圓周運動,必須具備的發射速度大約為每秒七點九公里,衞星和探測器的原理就是如此。

在地球上,人會受到地球的引力,所以地球上的任何物體都會由於地球引力和地球自轉向心力的共同作用向下墜,因此人類始終會感受到一個向下的力。

由於普通人並沒有科學家那般的宏觀視角,因此在生活中人們就會形成了萬物都會向下墜的錯誤理解,地球也是如此。可實際上真是這樣嗎?當然不是,因為宇宙中並沒有任何力拽着地球向下墜,再加上宇宙本身就沒有上下左右這種簡單的概念,如果非要下一個定義,那就是在地球其實是在朝着太陽下墜。

同時地球受到的不僅僅是來自太陽的引力,月球、火星、木星、還有金星等天體都會對地球產生一定引力。由於天體本身質量不夠大,這些引力與太陽引力根本不在一個重量級上,而且地球具有一定的初速度,所以我們能夠看到地球是繞着太陽做橢圓軌道運動。

因此通過牛頓的理論,地球在宇宙中並不會下墜,而是受到來自太陽的引力,方向朝向太陽本身。假如太陽引力過於強大,地球就會下墜到太陽裏,通俗一點就是所有質量小的物體,都在向質量大的物體跌落。

太陽質量太大壓彎了太陽系的時空

愛因斯坦認為,月球之所以會繞着地球轉,主要是因為質量更大的地球壓彎了周圍時空,而且月球是沿着時空的測地線在運動,這裏的測地線指的就是月球和地球這兩點之間的最短距離。按照廣義相對論,光在宇宙中並不是按照直線飛行的,而是嚴格按照測地線飛行。

假如光線附近有大質量天體存在,那麼光線就會出現彎曲現象,特殊情況下甚至能夠形成引力透鏡,比如吸引力極強的黑洞就能捕獲光線。同樣的地球繞着太陽轉,實際上也是因為太陽質量太大,壓彎了太陽系的時空,包括地球在內,太陽系星球都在沿着測地線運動。

也就是説大家可以把地球公轉理解為是走在四維時空中的“直線”,且真空無摩擦,符合牛頓的第一定律闡述的地球並不受力,一直在進行勻速直線運動。所以從相對論的角度,空間的彎曲並沒有使得地球向下運動的趨勢,同時也沒有任何的力促使地球向下運動,地球也就不會下墜。

我們都知道,一個有質量的物體必定會產生引力,引力大小跟質量大小也成正比,所以在宇宙當中,衡量一個天體的引力強弱,主要也是以質量為標準。就以太陽系為例,太陽的質量佔到了太陽系總質量的百分之九十九點八六,其餘的包括八大行星、衞星、小行星、矮行星、彗星和其他太陽系星際物質,質量都僅佔不到百分之一,所以它的超強引力才能吸引八大行星以及其他天體進行公轉。

太陽系的天體進行自轉,不被太陽吸引過去

在正常情況下,太陽那極強的引力會拉扯周圍小質量星球,直至他們墜入太陽。可事實上這種情況並沒有發生,原因就是圍繞太陽運行的八大行星或其他天體,它們既在公轉又在高速自轉,通過運動產生了極強的離心力,跟太陽的引力形成了一種微妙的平衡,所以才不會墜入太陽被吞噬。

而且就像人造衞星速度達到七點九公里每秒就可以繞地球公轉而不墜入地球一樣,星球的公轉速度也產生了足夠的離心力,來對抗太陽引力。

雖説太陽質量的確很大,但是在茫茫宇宙中還有其他比太陽更大的星球,比如太陽系就在圍繞着銀河系中心的超大質量黑洞公轉,銀河系圍繞室女做超星系團質量中心公轉。而且越往上走,一個層級公轉時間就越長,而太陽系繞銀河系公轉一圈至少就需要長達兩億多年。從這個角度來看,我們不難發現,其實整個宇宙就是一個在不斷運行的空間範圍,所有的星球和星系都在進行着運動。

假如人類科技能發達到站在宇宙之外,觀測整個宇宙,那麼就能看到宇宙中的各個星系以及天體,就像是某個機械裝置中連接緊密齒輪一樣,牽一髮而動全身,相互影響而又相互吸引。

暗物質和暗能量的影響

當然不少科學家對於地球漂浮在宇宙中有其他看法,這些科學家認為引力只是其中一個因素,另一個重要因素則可能是暗物質和暗能量。雖説暗物質和暗能量無法輕易發現,我們現在還沒有發現捕捉到暗物質,但是其存在早已被科學界證實,而且能夠從宇宙中的各種現象感受到它們的存在。

現代科學認為暗物質其實才是宇宙中的主要物質,整個宇宙中的可見物質其實非常少,總計大約只有不到百分之十。暗物質塑造了宇宙的整體框架,而暗能量則充當一個管理員身份,影響着天體的運動。或許就是這些暗物質和暗能量的影響,才導致星球能夠漂浮在宇宙當中。

當然了至於他們到底是通過什麼樣的方式來影響天體和星系,至今都沒有一個準確的答案。暗物質和暗能量直到現在都還籠罩着一層神秘面紗,或許只有等到人類科技足夠發達,能夠真正捕捉甚至利用到它們時,人類能夠清楚它們的本質,知曉它們在宇宙中的真實身份。

多元宇宙

從很早的時候開始,科幻電影就不斷利用多元宇宙來當作題材。比如李連杰的《宇宙追緝令》,口碑頗高的《彗星來的那一夜》,都為不少觀眾展示了多元宇宙的奧妙。如果未來科學家能夠證實多元宇宙的存在,那麼就有可能我們所在的宇宙以及其他多元宇宙都在相互影響,甚至有可能是圍繞着一個真正的世界中心運動。

總結

正是由於萬有引力的存在,整個宇宙都處於一種動態的運動平衡狀態,我們的宇宙才能夠穩定存在。地球是一座美麗的孤島,而宇宙神秘又遙遠,這種神秘感對人類有着致命的誘惑力,人類從未停止過對宇宙的探索,

想要真正瞭解宇宙中的奧秘,人類就必須真正進入太空,成為星際種族,到那時或許現在對於地球能漂浮在宇宙中的所有解釋都有可能被全盤推翻。