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地球重60萬億億噸,為什麽能飄在太空?太空人:我真怕地球飄走

2024-10-29科學

科學家為了搞明白世界那些神秘事兒,可沒少下功夫。2008年9月27日那天,翟誌剛就成了第一個出艙溜達的中國人。他那一小步啊,對咱中國人探索太空來說,那可是老大的一步。等回到地球呢,翟誌剛說,當時瞅著地球和飛船都在空中懸著,自個兒也在那兒飄著,心裏真擔心地球一飄就跑沒影了,自己可就回不來嘍。從太空裏看啊,不只是地球,像太陽、月亮這些天體都在天上飄著呢。地球這質素大概是5.97乘以10的24次方千克,算下來差不多是60萬億億噸。瞧見這數兒,好多朋友心裏肯定都犯嘀咕,地球這重量到底是咋算出來的呢?

1896年的時候,亨利·貝克勒爾瞅見了元素的衰變。後來的科學家把不同元素的半衰期都給算出來了。盧瑟福呢,就照著鈾樣本的衰變期算出地球已經存在5億年了。嘿,這答案可不對呢,不過就當時的科學和思想來說,知道地球這麽老,那也是夠讓人驚掉下巴的。一直到20世紀的1953年,基利爾·彼得森從隕石上測出來地球已經有45億年了。隕石可是太陽形成時候的原始材料,挺有說服力的。隨著科學不斷進步,也證明這歲數靠譜。科學家琢磨著,地球是在太陽之後誕生的。大概50億年前,太陽系那叫一個亂哄哄的。太陽誕生之後,把周圍大量物質都給吸走了,所以太陽的質素占了太陽系總質素的99.86%。

太陽系裏剩下的八大行星還有別的物質啊,總共也就占了太陽系總質素的百分之0.14呢。就這占比,您就能瞧出來太陽的質素那是老大了。嘿,這麽沈的天體,咋就能在天空裏飄著呢?1687年的時候啊,特有名的物理學家牛頓,在【自然哲學的數學原理】裏頭,頭一回把萬有重力定律給講明白了。按照牛頓這萬有重力定律來說啊,隨便哪兩個物體之間都有重力。這重力大小呢,跟物體的質素是成正比的,跟它們之間的距離是成反比的。說大白話就是,地球有質素,就產生了重力,這重力就把東西都吸到地球表面上來了。牛頓可厲害嘍,頭一回就把人類對天體運動和普通運動那種老大的誤解給打破了。他就指出啊,不管是蘋果掉到地上,還是雨水掉到地上,那都是遵循著同一種力的作用呢,這個力就是萬有重力啊。

以前啊,大名鼎鼎的科學家亞里士多德有個說法,說是輕的東西落得慢,重的東西落得快。嘿,這說法可讓人類信了老長時間了,差不多1500年呢。這期間雖說也有人心裏犯嘀咕,覺得這事兒可能不對勁兒,可就是沒人能證明它錯了。直到伽利略冒出來,這才把這個謎團給解開嘍。其實啊,要是不考慮摩擦力的話,輕的東西和重的東西一塊兒往下落,那肯定是同時著地啊。最早發現亞里士多德說錯了的就是伽利略。在1590年的時候,伽利略在披薩斜塔上扔下兩個重量不一樣的球,這一下,大夥就明白了,物體落地的速度和重量沒啥關系,關鍵是和阻力有關。

牛頓提出萬有重力以後啊,就拿這萬有重力去解釋天體運動的規律了。嘿,他還說呢,木星、土星的那些衛星繞著行星轉的時候啊,也是這個規律。他琢磨著月球呢,除了被地球重力拽著,還得受太陽重力影響,這麽著就把月球運動裏發現的二均差給解釋通了。按照牛頓的萬有重力定律,科學家們後來順利地發現了海王星。牛頓的萬有重力這一套裏覺得啊,時空就跟板子似的是平的,不管離得多遠,重力這玩意兒作用起來那就是瞬間的事兒,而且他認為重力和物體的質素是成正比的。萬有重力對人類的影響那可大了去了,不過呢,在人類科技發展的行程當中,科學家們也發現萬有重力定律有點小毛病。要是說重力就是一種力,那這重力得靠啥當介質呢?

嘿,就這個問題啊,牛頓自個兒都講不明白呢。牛頓那萬有重力定律啊,在太陽系的大多數天體那兒都挺管用,可單單水星這兒出了岔子,水星公轉100年能差出50秒來。按牛頓那重力的說法呢,天體能穩穩當當在太空裏飄著,靠的就是重力。重力你拉我、我扯你,地球才能在宇宙裏這麽飄著。可真相真就如此嗎?在愛因斯坦冒出來之前啊,牛頓的經典物理學可是統治人類好幾百年呢。結果愛因斯坦一出現,嘿,牛頓的重力定律就被打破嘍。1915年的時候,艾拔·愛因斯坦就提出了廣義相對論。

廣義相對論裏呀,重力可不是牛頓力學裏說的那種相互吸引嘍。咋回事呢?是時空彎曲搗的鬼,畢竟質素和能量能讓時空彎起來嘛。物體在彎曲的時空裏運動的時候,就跟受到一種力似的,我們平常就管這個叫重力。重力的老底兒其實就是時空的幾何結構,物體沿著時空的「彎彎曲曲的道兒」走,這就弄出了我們能感覺到的重力那效果。照愛因斯坦的說法呀,咱們的宇宙就像一張老大老大的薄膜,所有的天體都貼在這張大薄膜上呢。可咱瞅不見這薄膜啊。要是按愛因斯坦這麽說的話,咱地球可不是在太空裏飄著,而是貼在宇宙薄膜上呢。

愛因斯坦廣義相對論講啊,物質和能量能把周圍時空結構給改變嘍,弄出一種像「凹坑」似的時空彎曲。在這彎彎曲曲的時空裏,物體受重力影響,就沿著彎彎曲曲的道兒運動。這道兒可不一定是直的,為啥呢?因為在彎曲時空裏直線可不是最短的道兒。別的物體在這個有凹坑的時空裏運動的時候,也會沿著彎的道兒走,這麽一看就好像是受到重力作用了,這就是那個幾何跌落效應。這就跟咱們平常玩蹦彈床似的,人越重,往蹦彈床上一壓,蹦彈床凹下去得就越厲害,周圍的人就不由自主地往凹得厲害的地方掉。為了驗證愛因斯坦猜得對不對,科學家可做了不老少實驗呢。

有幾個挺有名的現象,像水星近日點進動啊,光線在重力場裏彎曲呀,還有重力紅移呢。就靠著這仨實驗,科學家就證實愛因斯坦那理論沒錯。1919年日全食的時候,科學家在不同地兒搞觀測,最後得出的結果和愛因斯坦預測的一模一樣。愛因斯坦覺得,重力是像波一樣傳播的,當時他就預言有重力波這東西存在。可那時候人類的科技不咋發達呢,好多人都不信有重力波。可能不少人都不曉得重力波是啥。重力波就跟咱往水面上扔石頭,水面蕩起的漣漪差不多,又像是地震的時候,檢測儀表上一層一層往外擴散的波浪線。那波浪線扭動的振幅和頻率啊,就是重力波的振幅和頻率。所以呢,要是能測到天體扭動,那就能測到重力波嘍。

1974年那會,科學家瞅見一顆叫PSR1913+16的脈沖星發出的重力輻射,跟愛因斯坦廣義相對論的預言嚴絲合縫。到了2016年呢,科學家又觀測到雙黑洞碰撞弄出的重力波,這可是人類頭一回瞅見重力波。照著愛因斯坦的理論,科學家把水星進動這事兒解釋得那叫一個完美。按這理論啊,水星運動有個偏移的情況,是為啥呢?是因為太陽把周圍的時空給弄彎了,水星就在這彎曲時空的測地線附近繞著轉呢,這麽一轉,水星就慢慢朝著太陽那「掉」下去了。拿廣義相對論的效應來算,水星的軌域進動就是每一百年偏移43弧秒,水星進動的計算,不過是廣義相對論實驗證據裏的一個罷了。

廣義相對論可牛了,它能預測星光彎不彎、重力波有沒有、黑洞存不存在、暗物質暗能量啥樣、宇宙大爆炸咋回事兒等等一堆事兒呢。現在相對論和量子力學那可是現代物理學的兩大頂梁柱。你想啊,咱們地球可不是在宇宙裏瞎飄著的,而是趴在一張老大老大的薄膜上,那這薄膜是咋冒出來的呢?為啥宇宙裏那些天體運動起來都那麽有規矩呢?科學家就琢磨啊,覺得是暗物質在搗鬼呢。1933年的時候,美國有個叫弗裏茨.茲維基的科學家,研究了後發座星系團裏速度是咋分布的。他一研究發現,要把測到的速度解釋明白,產生重力所需要的質素得是星系團質素的10倍呢。得嘞,天文學裏就出現了質素缺失這個讓人迷糊的事兒,而且往後這50年啊,一點進展都沒有。

2013年啊,科學家靠著衛星把將近10億顆恒星的數據都給量了一遍。這一量就發現,在星系和星系團裏頭,質素缺失那可是相當普遍的事兒,整個宇宙都沒跑兒。還有一種招兒呢,就是用光譜學那一套來琢磨像銀河系這樣的螺旋星系咋旋轉的。咋琢磨呢?就看圓盤上恒星光線的都卜勒頻移,再根據恒星離旋轉中心有多遠,就能算出圓盤的轉速了。這麽著,整個圓盤的重力場和質素分布也就能夠推算出來了。1936年的時候,有個叫冼佳亞.史密斯的科學家在研究處女座星系團的時候發現,星系團裏邊有那種質素老大的星雲間物質。可就算把氣體啊、塵埃啊、等離子體啊啥的都算上,也就多了百分之15的質素,離填補那空缺還差得遠呢。經過這些個研究啊,科學家就琢磨著,暗物質肯定在宇宙裏存在著,宇宙空洞就是暗物質搗的鬼。

科學家琢磨啊,暗物質這玩意兒可神秘透頂了。它呢,跟別的物質一概不發生化學反應,就這麽神。所以啊,咱既瞅不見它,也摸不著它。可您猜怎麽著?暗物質在宇宙總質素裏占了百分之90呢,咱能瞧見的物質才占百分之10。這不明擺著嘛,暗物質才是宇宙裏的「老大」啊。科學家還覺得呢,暗物質能釋放出老強大的暗能量。這暗能量可不得了,能讓宇宙一個勁兒地膨脹,還能管著天體咋執行。您想啊,咱們地球不停地自轉公轉,保不齊就和這暗能量有牽連呢。就為了找到暗物質和暗能量,科學家可沒少下功夫。

咱中國在四川弄了個實驗室,嘿,這實驗室可深了,足足2400米呢!它就在錦屏大河灣的地底下。這可是全世界最大的地下實驗室喲。您說為啥把實驗室擱這兒呢?嗨,這兒安靜呀,宇宙射線都幾乎幹擾不到它。只有在這麽安靜的地兒,才有可能逮著暗物質呢。這個實驗室的地兒呀,是當時清華大學的副校長發現的。經過好多回考察、研討,這才定下來。2010年的時候,這實驗室就開始正式幹活兒了。可一晃十幾年過去了,科學家們還是沒找著暗物質。這暗物質可真夠神秘的,不過即便這樣,科學家們也沒停下探索暗物質的腳步呢。

小編覺著啊,宇宙那可老大了,還神神秘秘的呢。宇宙裏肯定藏著老多人類還蒙在鼓裏的秘密了,這些個秘密都得靠人類一個勁兒地去研究、去摸索。人可是地球上最機靈的家夥,那在肩膀頭子上就得扛著探索宇宙秘密這活兒。雖說現在人類還沒法把宇宙的秘密全解開,可只要人能吭哧吭哧不松勁兒地努力,等以後人類的科技進步了,說不定就能把宇宙裏的秘密全扒拉清楚呢。小編盼著人類能早點兒實作這夢想,嘿,大夥對這事兒有啥想說的不?