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地球重六十万亿亿吨,为什么还能飘在太空中,却不会向下坠落

2024-08-08科学

公元前200多年,古希腊数学家埃塞托色尼利用太阳光直射原理算出了地球直径。

1798年,67岁的卡文迪许通过测定万有引力常数,计算出了地球质量是5.965*10的24次方千克,也就是我们现在说的60万亿亿吨。

当时,这个超大的数字让许多人难以置信,不可思议。

一提到地球重,小伙伴们通常会来一句「如果地球停下转动,我们都会被甩出去」,但问题来了,难道地球现在是「托着」我们转啊?

不少人都很好奇,地球重这么多,为什么还能飘在太空中,为什么不会像风筝一样被甩出去?

为什么重物体会沉,地球这么重,却没有被「挂」在任何地方?

要回答这些问题,我们就得从牛顿的苹果说起。

01、重物体为何沉?

著名物理学家牛顿从一个从树上掉下来的苹果中,发现了「万有引力」这个规律。

牛顿在【自然哲学的数学原理】中提到,地球对物体的吸引力,正是因为万有引力定律的存在,才造成的结果。

这条定律简单来说就是,世间的物质都会彼此吸引,而且吸引力的大小与两者的质量成正比,与两者的距离的平方成反比。

也就是说,要判断一样东西是否沉,就得看两个因素,一是它的质量大不大,二是它离地面有多远,地面之所以会对物体产生吸引力,那是因为地球也是一个「重量级」的存在。

而且裸眼所看到的「上下」这个概念,其实都是相对于地球来说的,毛毛虫在一棵树上,它的上下跟树的上下是一样的,而站在树下的人,它的上下又是跟大地的上下一样的。

这就是相对性原理。

地球是一颗很大的重物体,而且它长期以来也一直在「吸引」和「承受」所有物质,所以相对于地球表面来说,地球的「下方」就会有很多东西沉积,物质也所以会「向下」坠落,这就是牛顿发现的「万有引力」定律。

牛顿把地球和苹果之间的相互作用,推广到了「太空」这个大背景下,他认为天上的星星也可以根据这条定律来解释,因为星星也有质量,所以他认为它们之间也能相互吸引。

牛顿的这条定律,一直被人们接受和认可,直到20世纪初才被爱因斯坦推翻和改写。

02、地球为何不下坠?

牛顿虽然无愧物理「大神」的称号,但他的「万有引力」定律却有一个「大问题」,那就是,如果照着他的定律来说,太阳毁灭了,地球就会被甩出太阳系,到底是什么原因呢?

太阳是整个太阳系中的「大哥」,太阳的质量是太阳系中所有天体质量之和的99.86%,地球只占到了0.0003%。

要知道,它「养育」了一个太阳系,还给它们提供了无尽的光和热,所以说「地球被吸引」进入太阳,倒不如说是「地球被束缚」在了太阳的牢笼里。

地球一直在向太阳「坠」,但太阳的质量和它周围时空的弯曲,让地球一直绕着太阳运动。

地球的速度足够快,使得它一直在「不断坠落」,但又始终保持着「它的距离」。

相对论告诉我们,质量越大的物体对周围的时空弯曲越大,所以太阳足够大,弯曲了太阳周围的时空,使得地球绕着太阳运转。

可以这样理解,地球就好像是一个「星球上的飞船」,它以30km/s的速度环绕着太阳公转,而太阳也在以220km/s的速度环绕着银河系中心公转,这两个速度使得地球和太阳之间产生了「离心力」,这种力和引力方向相反,使得地球绕太阳「不断坠落」。

而且地球所处的宇宙中几乎没有阻力,这使得地球能够长时间保持这样的速度,这也就是为什么地球不会「坠」向太阳的原因。

地球的运转并不意味着牛顿的定律有错,而是在这种情况下爱因斯坦的相对论更贴切。