不明白地球为什么会漂在天空不会往下掉,牛顿的引力论错了吗?
不明白地球为什么会漂在天空不会往下掉,牛顿的引力论错了吗?
-----
网友解答:
-----
夜晚来临当我们抬头仰望星空,你会发现一切都“飘浮”在夜空中,在数千颗亮星中大部分都是银河系内距离太阳较近的恒星,和太阳一样都在绕着银河系中心的超大质量黑洞公转。从不同的角度来看,所有的天体都在星际空间中飘浮着。
人类在地球上发展繁衍数百万年,已经适应了万有引力的存在,我们感受到脚踩实地的踏实,在常规思维方式中,物体并不会凭空的悬浮。
例如一些街头艺人表演,有比较唬人的悬浮术,只看它们凭空坐在那里,地面上铺盖着花布,手里拄着一根棍子,看似整个身体的重量都压在了那根棍子上,像是悬浮一样,但实际在其长袍之下有着玄机,一根棍子连着两块横板,可以很好的支撑身体。很多人被这种表演形式吓住了,但只要了解一点万有引力的知识,就知道这种事情是不可能的,我们生活在科学的世界里而不是玄幻的世界。
因为万有引力的存在,在我们常规思维方式中任何物体都会往下坠,如果它不是往下坠甚至是向上升起,必然是存在某种力在起作用,最终合力的效果是向上的。
但是从另外的角度来看,宇宙中所有的天体都是飘浮状态,例如地球重量大约是5.965×10^24kg,也就是60万亿亿吨左右,但如此的重物却飘浮在外太空之中不往下掉,很多人在疑惑难道是万有引力对宇宙天体不起作用了?
地球看似飘浮,实则往下掉
牛顿率先发现万有引力定律,他认为苹果瓜熟蒂落掉在地面上的力和月球高悬夜空的力是相同性质的,也就是万有引力。不仅仅是大的天体之间存在引力,世间万物都存在引力,只不过只有当质量达到一定规模的时候,引力的效果才会更加明显。从万有引力公式上来看,引力和两个物体的质量成正比距离的平方成反比。
正是因为万有引力定律的存在,宇宙中的天体才能维持很好的运行秩序,月球绕着地球公转、地球带着月球绕太阳公转、而太阳带着整个大家族在绕着银河系中心公转,这一切秩序的核心就是万有引力定律。
当然爱因斯坦的广义相对论从更加本质的方式来诠释了引力,因为质量的存在导致了时空的弯曲,这就是万有引力的本质,这也算是对牛顿万有引力定律的修正。
正是因为万有引力的存在,地球才会呈现如此的飞行规律,看似飘浮在那里实则一直都在向下坠。
首先我们来认识一个思维实验“牛顿大炮”,假设在地球表面假设一座大炮,它的动力十足直到撞击到地球表面。在高度一定的前提下,随着炮弹初速度越来越大,那么它飞行的水平距离将越来越远,直到速度达到一定值,那便会出现一种情况,那就是这颗炮弹随时都在下坠的过程中,但是却永远都无法坠落到地球表面。
那么从天体的角度来讲,地球绕着太阳公转也是类似的情况,万有引力提供了向心力,让地球一直绕着太阳公转,其实一直都在向下坠落,只不过永远都无法落到太阳表面。
地球下坠,它向下的方向又在哪里?
人类在地球表面活动,我们知道地球的下就是指向地面指向地心的方向,其实也就是万有引力的方向。那么按照同样的定义方式,地球在太空中向下坠落的方向那便只能是地球和太阳连线指向太阳的方向。地球是这样,其实整个太阳系也是同样的道理。
太阳系位于银河系的一条旋臂之上,和银河系中心的距离大约是2.6万光年,整个太阳系持续的绕着银河系中心运动。那么从另外一个角度来看,太阳系也是时刻的在坠向银河系中的过程中。
当然这并不是终点,宇宙中的天体就是一个绕着一个运动的飞行模式,但是科学家发现银河系或许正在朝着一个神秘的地方运动,那个地方被称为巨引源,只不过按照目前的速度需要的时间会非常漫长。
地球看似飘浮在太空中,实则是在运动中向下坠落,方向就是太阳。未来随着太阳的演化,其内部氢核的不断消耗,太阳最终会变成白矮星。而在此之前会经历红巨星时代,这个时期的太阳会不断膨胀,最终它的外边缘位置将延伸至火星轨道的位置,这也就意味着地球将会被吞进太阳肚子里,也许那个时刻它是真的不在飘浮而是坠落到终点。
文/科学黑洞,图片来源网络侵删。
-----
网友解答:
-----
谢邀。
不止地球不会往下掉,你看,太阳也不会往下掉啊?月亮也不会掉下来呀?还有其他的行星,星系等,它们不是也好好地在天上挂着的吗?
是啊,为什么呢?但有没有想过:如果它们要往下掉,它们将掉到哪里呢?谁将是它们的承载物呢?或者说,它们将以谁为「参照物」往下掉呢?如果不弄明白这个,你怎么就知道它们不是在往下掉呢?
所以,「参照物」是判断一切物体是否运动以及做怎样运动的根本前提。本题提问已经将地球判定为是悬浮在空中某特定区域之内的,说明选择的参照物或是我们的恒星——太阳,或是在天空中能看到的其它星体。因为彼此的相对位置,肉眼看上去几乎没什么太大变化。
弄清楚参照物的问题,接下来我们就好分析讨论关于本问题的所有问题了。
首先,牛顿的引力论肯定是没有错的。为什么地球漂浮在空中不掉下来,或者说怎么就能与太阳和其他星体保持着一定的距离呢?
这要从当今科学界普遍支持的「宇宙大爆炸理论」来探讨分析。
宇宙起源于大爆炸,起源于一个无穷大质量的一个奇点。至于奇点怎么来的,又是受到什么样的条件触发而开始发生大爆炸,进而慢慢地演变为如今我们这个宇宙的,我们暂且不去管它,也没必要去管它,毕竟连那些老-古-董-们研究了一辈子甚至几辈子了连个眉目都还没理清呢,我们又算得了什么呢。
言归正传。宇宙大爆炸的时刻,从体积无穷小、质量无穷大的奇点开始,然后“嘭-轰”就将那奇点内部蕴藏了不知多久的能量给爆发了出来。可以想想原子弹爆炸时的情形。不过宇宙大爆炸释放的能量可不是小小原子弹的爆炸能比得了的,那可是成亿上兆指数倍增长都赶不上的数字和威力。
在宇宙奇点爆炸并释放能量的时候,百分之四的能量在后来的特殊条件下——比如后来冷却下来的温度、磁场的形成、能量之间的碰撞挤压等,便形成了宇宙里能被感知到的我们所定义的“物质”这样的东西。
这些物质在成形、碰撞、挤压、改变速度等各种可能情形的相互影响下,慢慢地逐渐稳定下来。有的形成了星云物质,有的构成了星团,有的构成了星系,星系又组成了星系团,超星系团,最后构成了我们这个宇宙。
可是不论星球、星云、星团、还是星系,相对于整个宇宙这个虚空,它们都是悬浮于虚空之中的,为什么不掉向宇宙的一端呢?
根据牛顿的万有引力公式,F=(G*M*m)/ r^2,引力是物体之间的引力,是相对存在的,单独一个物体并不能体现出什么引力的作用。
所以,如果只针对宇宙里这百分之四的可见物质——星球、星云、星团、星系等而言的话,它们在宇宙大爆炸的时候,经过彼此间的相互碰撞、挤压、改变速度以及彼此之间引力的作用等,最终才稳定下来,而最终让它们稳定下来的终极决定条件,就是牛顿发现的万有引力。
所有的这宇宙百分之四的可见或可感知的物质,乍一看似乎就是因为彼此之间的万有引力在起着平衡牵制的作用,才使它们各安本分地坚守在自己的岗位上,所以才能悬浮于宇宙的虚空之中而不会掉向宇宙的另一端。
但,事实真的是这样的吗?
答案:当然不是!
要知道,宇宙里有无数个超星系团存在,有的超星系团彼此的距离是非常非常之遥远的,遥远的天文数字都无法衡量计算的那种远。按照牛顿的万有引力公式,当距离r很大时,引力就会变得很小。如果,超星系团之间的距离非常大,它们之间的引力也基本上可以忽略不计了;而周围的小星系团由于总体质量远不及超星系团的总质量,所以也几乎可以忽略不计。这样一来,按照牛顿万有引力公式F=(G*M*m)/ r^2,由于 r → 0,m → 0,所以F → 0。也就是说超星系团所受到的其他星系团的引力几乎为零。
似乎到这里,就可以解决为什么能悬浮在虚空里而不掉到宇宙一端的问题了——因为没有让它掉下去的作用力,实则非然。
为什么这样的解释不正确呢?
道理很简单。宇宙万物都在做运动,而且基本上都是「旋转式的运动」。仔细观察宇宙万物的话,「旋转式运动」才是宇宙之最基本的运动。我们的地球包括太阳系的其他行星,自转是旋转式的运动,公转同样也是旋转式的运动。可以再扩大些,太阳系,银河系也在做旋转式的运动,甚至整个宇宙都在做旋转式的运动。那么微观世界又如何呢?当然也是在做旋转式的运动。电子围绕着原子核在做旋转式的运动,费米子在做自旋式的运动,还有很多其他的微小粒子,它们都在做旋转式或自旋式的运动。故超星系团自然也在做旋转式的运动。可以查看水木之前的文章《宇宙大统一场之力以及反重力的实现方法》,里面有详细讲解。
既然是旋转式的自传和公转,而不是直线的均速运动,根据牛顿运动学第一定律,说明使超星系团做旋转式运动的力并不是来自于宇宙大爆炸那一瞬间的推动力,而是有除了引力之外的其他力的作用。否则如果受到的力真的基本上就是为0,那么超星系团要么以宇宙大爆炸时获得的动能做直线运动不停地向宇宙的一端冲去,要么在冲向宇宙一端的过程中与其他星系相撞进而合为一体,而不可能做旋转式运动,更不可能乖乖地坚守在自己领域之内的岗位上。
那么这种向心力和离心力又来自哪里呢?
其实水木前面已经暗示过了。前面水木讲到宇宙当初大爆炸时的能量转化成的可感知物质只占宇宙总物质和能量的百分之四,也就是说还有百分之九十六的物质和能量是不能被我们探测感知到的,它们就是当今科学界所谓的“暗物质暗能量”。
正是这些几乎充满了整个宇宙的「暗物质暗能量」,才是使超星系团和其他星系、星团、星云、星球等做旋转式运动的关键,更是它们将宇宙里可感知的百分之四的物质束缚在各自的岗位上,它们的作用力才是真正的“万有引力”。
而暗物质只占23%,暗能量却占73%,所以暗能量才是主宰宇宙这4%可感知物质的“上帝”。就像一杯水,你在里面加入了23%的冰,又加入了4%的颗粒。冰的颜色与水是一样的——透明的,不仔细看几乎看不到冰的存在。因为冰和水的作用(浮力),可以使加入的4%颗粒悬浮于水中而不会沉到杯底。
如何使这4%的颗粒在水里旋转起来呢?当然是使水旋转起来了,水的旋转,才能带动颗粒的旋转。不信,可以按水木说的做下试验。记住,旋转杯子让水在杯子里做旋转运动时,尽量保持手旋转的速度大小相等,速度为匀速,以免受力不均匀,水从杯子里溅出来。
当你按照水木说的做试验,你看到了什么?
是不是粒子很乖地随着水的旋转也有序地在各自的岗位上做着一定速度的旋转?而水的中心是个比周围都低的漩涡?
好了,试验做完了,我们可以开始思考了。
水=73%暗能量;冰=23%暗物质;颗粒=4%可感知物质。是不是很相似呢?
哈哈,眉目出来了,我们的宇宙说不定就是这样运动的——因为大部分的暗能量在做着「旋转运动」,带动着其他的物质也跟着一起做「旋转式的运动」。
但还有个问题我们没有解决:为什么会有那么多的旋转式星系存在?也就是说它们怎么会像分组似的分成一个一个的「旋转星系团」呢?
这里又要回到水木前面发表的那篇文章《宇宙大统一场之力以及反重力的实现方法》里所讲的了。具体内容,感兴趣的读者可以前去阅读,这里水木只说重点。
因为宇宙的裂缝,「大统一场之力」在向宇宙之外流泄时,造成了宇宙之内万物的旋转式运动。
但宇宙的裂缝并非一处,所以,因为宇宙「大统一场之力」的泄漏而导致的宇宙内部出现的「旋转式运动」也并非一处(或许很多初次读水木这篇文章的读者,一定不明白水木在说什么,所以建议还是先阅读一下那篇文章。篇幅有限,水木此处不能太罗嗦重复),所以才会形成了那么多的星系团。
好了,至此,水木已经完整地回答了「地球为什么会漂在天空不会往下掉」的问题。分享就到这里,感谢对水木的支持!
本篇小编自己「水木长龙」原创,转载标明出处,谢谢!
-----
网友解答:
-----
之所以地球不会往下掉,在某种程度上恰恰也说明了“万有引力”的正确性。
我们人类生活在地球上,能够感受到最强的引力就是来自地球本身的“地心引力”,这就是为什么我们可以平稳地在陆地上生活,而不是完全漂浮在空气之中。
其实正是由于“地心引力”的影响,才让我们有了向下的感知,相应的也就有了所谓的“上下左右”的方向定义,这些其实都是人为的定义,其本身并没有绝对的意义。
只要我们看看在空间站中生活的宇航员就可以发现,在太空中的人类是完全处于漂浮状态的,这时候的人类虽然也受到宇宙中各种天体引力的影响,但由于距离都比较远,而且人类的体重相对较轻,因此感受到的力量也是极其微弱的。
实际上宇宙中的天体之间都是存在着“万有引力”的,也正是这种引力保持了天体间的相对平衡。当然这种平衡都是相对的,主要取决于参考物的不同,实际上从“宇宙大爆炸”起源开始,宇宙内的星体就一直是保持这快速的向外膨胀的趋势,只是这种速度我们在地球上感知不到罢了。
所以说“万有引力”的定义是没有问题的,我们人类的认知很多都只是限于地球表面特殊的环境下而产生的,与事情的本质其实存在着一定的差距。
地球的自转速度大约是465米/秒,可惜我们根本感知不到。
博尔特的百米世界记录是9.58秒,每秒大约跑行10.4米,而我们地球的自转速度可以达到惊人的465米/秒,速度是博尔特的45倍之所,可惜我们在地球表面上却永远也感知不到这样的速度。
其中的原因也正是因为地心引力的影响,由于强大的地心引力,地球表面上的一切物质、包括整个大气层,其实都是伴随着地球一起旋转的,这样我们之间就相对保持静止了,我们也就感知不到这样的速度了。
另外我们的地球围绕太阳的公转速度更快,达到了29783米/秒,这个速度要比地球上所有的交通工具都要快得多。
说一个更为夸张的数据,实际上我们地球所在的太阳系也是围绕着银河系的中心进行公转的,太阳系的公转速度更是可以达到惊人的220000米/秒,所幸我们是感知不到这样的速度的,否则人类可能还真的无法承受这样的速度。
以上个人意见仅供参考。
-----
网友解答:
-----
谁说地球不往下掉?每时每刻都在往下掉,问题是对地球而言哪里才是下?
以地球附近的物体为例,与地球不离不弃,是因为受到地球的引力,而这个引力的方向是指向地心,地面附近的物体如果失去支撑,都会向地心方向跌落,所以,指向地心方向就是向下。当然,牛顿说了,用大炮水平发射的炮弹,发射速度越大飞行的越远。当发射速度达到一定数值时,炮弹就会一直绕地球飞行,而不会落到地面上这就是所谓的第一宇宙速度,也是发射卫星的原理。
事实上,即使达到第一宇宙速度的炮弹,因为受地球引力作用,也在不断向地心下落。之所以没落到地球上,是因为炮弹有惯性,离开炮口后,保持原来的的运动状态,继续向前飞行,就有远离地心的趋势。适当的距离加上足够大的速度,使炮弹因受地球吸引下降(靠近地心)的高度正好等于因惯性远离地心的高度 ,结果,保持一定高度,始终围绕地球飞行,给人不下落的假想。
地球是太阳系的一颗行星,受到太阳的引力绕太阳飞行,所以,对于地球而言,指向太阳中心方向就是向下。并且,地球可以理解为由太阳发射的一颗炮弹,时刻都在(向太阳中)下落(靠近),同时,由于惯性又在远离太阳中心,并且,靠近与远离的距离正好一样,所以,地球只能乖乖地绕太阳飞行。一旦挣脱太阳的控制,就会成为流浪地球。
-----
网友解答:
-----
万有引力定律是牛顿在1687年发现的一条物体间相互作用的定律。它表现为任何物体间都有相互吸引的力,力的大小与各个物体的质量成正比,与它们之间距离的平方成反比。由于质量越大的物体产生的引力越大,因此地球对我们有着极大的引力可以保持我们站在地球上不会飞起来以及没有其他力给予支撑的物体,比如落叶,成熟的果子,总会落到地面上。
但是同样也有另外一种情况我们不得不提,那就是始终绕地球飞行,除非故障老化不会坠落的人造卫星。人造卫星与地球之间同样存在着极大的万有引力,与我们不同的是,万有引力使我们“落在”地球上,对卫星而言,万有引力却使它在太空飞行。
我们知道,在地球上向远处发射一枚子弹,根据s=vt.子弹的速度越大,它飞行的距离越远。当子弹的速度增长到一定数值时,它在水平方向的位移会大到超越我们的想象,因为地球是球体,当物体的速度增大到使其所需的向心力等于其所受到的万有引力时,它就会绕着地球做匀速圆周运动。这就是为什么人造卫星不会落到地球上。
我们再来看在太阳系中,地球其实是每时每刻都在围绕太阳公转。太阳是太阳系的中心天体,占有太阳系总质量的99.86%,质量约是地球质量的33万倍,地球受到太阳的万有引力同样是巨大的,但是由于地球公转的速度也是巨大的,它所受的万有引力同样等于其向心力,使其可以一直围绕太阳公转而不会向着太阳落下去。而这就是为什么地球不会往下掉的原因。
------------------
推荐阅读: