當前位置: 華文世界 > 科學

地球重六十萬億億噸,為什麽還能飄在太空中,卻不會向下墜落

2024-08-08科學

公元前200多年,古希臘數學家埃塞托色尼利用太陽光直射原理算出了地球直徑。

1798年,67歲的卡文迪許透過測定萬有重力常數,計算出了地球品質是5.965*10的24次方千克,也就是我們現在說的60萬億億噸。

當時,這個超大的數位讓許多人難以置信,不可思議。

一提到地球重,小夥伴們通常會來一句「如果地球停下轉動,我們都會被甩出去」,但問題來了,難道地球現在是「托著」我們轉啊?

不少人都很好奇,地球重這麽多,為什麽還能飄在太空中,為什麽不會像風箏一樣被甩出去?

為什麽重物體會沈,地球這麽重,卻沒有被「掛」在任何地方?

要回答這些問題,我們就得從牛頓的蘋果說起。

01、重物體為何沈?

著名物理學家牛頓從一個從樹上掉下來的蘋果中,發現了「萬有重力」這個規律。

牛頓在【自然哲學的數學原理】中提到,地球對物體的吸重力,正是因為萬有重力定律的存在,才造成的結果。

這條定律簡單來說就是,世間的物質都會彼此吸引,而且吸重力的大小與兩者的品質成正比,與兩者的距離的平方成反比。

也就是說,要判斷一樣東西是否沈,就得看兩個因素,一是它的品質大不大,二是它離地面有多遠,地面之所以會對物體產生吸重力,那是因為地球也是一個「重量級」的存在。

而且裸眼所看到的「上下」這個概念,其實都是相對於地球來說的,毛毛蟲在一棵樹上,它的上下跟樹的上下是一樣的,而站在樹下的人,它的上下又是跟大地的上下一樣的。

這就是相對性原理。

地球是一顆很大的重物體,而且它長期以來也一直在「吸引」和「承受」所有物質,所以相對於地球表面來說,地球的「下方」就會有很多東西沈積,物質也所以會「向下」墜落,這就是牛頓發現的「萬有重力」定律。

牛頓把地球和蘋果之間的交互作用,推廣到了「太空」這個大背景下,他認為天上的星星也可以根據這條定律來解釋,因為星星也有品質,所以他認為它們之間也能相互吸引。

牛頓的這條定律,一直被人們接受和認可,直到20世紀初才被愛因史坦推翻和覆寫。

02、地球為何不下墜?

牛頓雖然無愧物理「大神」的稱號,但他的「萬有重力」定律卻有一個「大問題」,那就是,如果照著他的定律來說,太陽淪陷了,地球就會被甩出太陽系,到底是什麽原因呢?

太陽是整個太陽系中的「大哥」,太陽的品質是太陽系中所有天體品質之和的99.86%,地球只占到了0.0003%。

要知道,它「養育」了一個太陽系,還給它們提供了無盡的光和熱,所以說「地球被吸引」進入太陽,倒不如說是「地球被束縛」在了太陽的牢籠裏。

地球一直在向太陽「墜」,但太陽的品質和它周圍時空的彎曲,讓地球一直繞著太陽運動。

地球的速度足夠快,使得它一直在「不斷墜落」,但又始終保持著「它的距離」。

相對論告訴我們,品質越大的物體對周圍的時空彎曲越大,所以太陽足夠大,彎曲了太陽周圍的時空,使得地球繞著太陽運轉。

可以這樣理解,地球就好像是一個「星球上的飛船」,它以30km/s的速度環繞著太陽公轉,而太陽也在以220km/s的速度環繞著銀河系中心公轉,這兩個速度使得地球和太陽之間產生了「離心力」,這種力和重力方向相反,使得地球繞太陽「不斷墜落」。

而且地球所處的宇宙中幾乎沒有阻力,這使得地球能夠長時間保持這樣的速度,這也就是為什麽地球不會「墜」向太陽的原因。

地球的運轉並不意味著牛頓的定律有錯,而是在這種情況下愛因史坦的相對論更貼切。