易坊好文馆

  1. 首页 > 生活百科 >

地球为什么能悬浮在宇宙中，没有掉下去？

我们常看到许多宇宙的图片，在这些图片中，这些天体似乎都是悬浮在宇宙当中。所以，就给人一种错觉，好像天体都是飘在宇宙当中。那事实真的是如此吗？
地球为什么能悬浮在宇宙中，没有掉下去？
文章插图

这其实是对于物理规律掌握得不够清晰造成的，天体之所以看起来悬浮在宇宙中，并不是说有“神秘力量”在托着它，而是它自然而然的状态。在物理学领域，每个时代的学者也都在思考这个问题，那具体是咋回事呢？
亚里士多德vs牛顿力学
这里的误会主要集中在对“力”的认识上。在古希腊时代，当时发展出了古希腊哲学，在古希腊哲学中，就存在一个学术分支：自然哲学。
自然哲学研究的是万物的本源以及万物运转背后的规律。自然哲学一直到牛顿时代还在延续，牛顿的时代其实是没有“科学”的概念，牛顿其实是自称自然哲学家的，所以他的著作叫作：自然哲学的数学原理，而不是科学的数学原理。
地球为什么能悬浮在宇宙中，没有掉下去？
文章插图

在古希腊时代，哲学的集大成者是亚里士多德。他自然也会对“运动”和“力”的概念进行一些解释。他认为力是维持物体运动状态的原因，说白了就是物体要运动就需要要有“力”的参与。
地球为什么能悬浮在宇宙中，没有掉下去？
文章插图

他的观念一直统治着整个西方的学术圈，一直到文艺复兴时期，一大批杰出的学者出现，并推翻了亚里士多德的观念，这当中的代表人物就是伽利略和牛顿。
牛顿在伽利略等人的基础上，提出了著名的牛顿三大定律。在牛顿第一定律中，我们知道，力是改变物体运动状态的原因，一个物体如果所受合力为零，那它要么保持匀速直线运动，要么保持静止状态。我们再回过头来看“星球漂浮在宇宙中”的案例，其实我们日常生活会有“东西都往下掉“的感受，本质上是因为我们受到了重力，比如：苹果会从树上掉下来，就是重力导致的。重力竖直向下的，所以我们才会觉得东西都会往下掉。
地球为什么能悬浮在宇宙中，没有掉下去？
文章插图

但是如果我们把目光看下太空，我们就发现，天体所受到的力是来自于其他天体，比如，地球会受到太阳的引力作用，同时也会受到月球的引力作用等。这些“力“的作用和重力不同，不是向下的，所以不会把地球向下拖拽，这些”力“指向的都是引力源。
地球为什么能悬浮在宇宙中，没有掉下去？
文章插图

比如，地球受到的太阳引力，方向是指向太阳的，所以如果地球真的要往“下”掉，那对于地球来说，它的”下“也是朝着太阳的。只不过，由于地球具有一定的速度，所以它没有掉到太阳里，而是绕着太阳转。这其实和发射卫星道理是类似的，卫星就是具有一定的初速度，受到地球引力作用，围绕着地球转。
地球为什么能悬浮在宇宙中，没有掉下去？
文章插图

所以，如果我们从经典物理学的角度来看这件事，我们就会发现，天体不可能往下“掉”，因为没有一个朝下的“力”拉拽它。
牛顿力学vs广义相对论
同样是引力现象，不同的物理学家，其实给出的解释是不同的，上文我们提到的是牛顿的万有引力定律与力学三大定律。不过，现代物理学的支柱是相对论和量子力学。其中，广义相对论对“引力现象”的诠释是不同于牛顿理论的。具体来说就是，爱因斯坦认为万有引力是不存在的，引力现象的本质是时空的弯曲。那为什么爱因斯坦会得出这样的结论呢？
地球为什么能悬浮在宇宙中，没有掉下去？
文章插图

这是因为牛顿在提出万有引力定律时，其实有个假设，这个假设就是时间和空间是绝对的，说白了就是所有的人一秒钟的时间跨度和一米的长度都是一样的，和运动无关。牛顿的这个看法其实很符合我日常生活中的直觉的。
后来，随着科学对于“光速”的研究，他们发现，光速在任何关系惯性参考系下都是不变的。不仅如此，如果把光速的这个特点作为理论的基本假设，我们其实可以利用数学推演出，不同运动状态下，空间和时间都是不同的，说白了就是你的运动状态不同，你看到的一米和感受到的1秒的时间跨度就可能是不同的。
地球为什么能悬浮在宇宙中，没有掉下去？
文章插图

所以，在爱因斯坦的时代，他提出时间和空间并不是像牛顿所说的那样是绝对的。以上这些内容其实就是狭义相对论的一部分内容，爱因斯坦基于狭义相对论进一步推导，就得到了广义相对论，他发现了著名的等效原理。这个等效原理说的就是适当加速运动的参考系和重力场是等价的。通过这个方式，他就统一引力和加速运动的物理学现象。

推荐阅读


上一篇：火星“消失”的水藏在哪？

下一篇：物体为什么会有质量，质量从何而来？