當我們還是個孩子的時候,手里拿著的蘋果一旦松開,就會不可避免地砸向地面,這是我們對這個世界最樸素、最根深蒂固的認知:任何懸空的東西,最終都會掉下去。
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基于這種直覺,當我們抬頭仰望星空,或者看著地球儀上那顆懸浮在無盡黑暗中的藍色彈珠時,腦海中難免會浮現出一個極具哲學意味甚至讓人有一絲恐慌的問題:地球這么重達60萬億億噸,它懸浮在太空中,為什么不會“掉”下去?到底是什么力量在下面“托舉”著它?
在弄清楚地球為什么沒有掉下去之前,我們需要先糾正一個基于地球生活經驗產生的巨大錯覺:“下”到底在哪里?
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在地球上,我們覺得“下”是指向腳底的地面,“上”是指向天空,這種方向感是由地球強大的引力賦予的。由于地球的核心在吸引著我們,所以對于站在北極的企鵝和站在南極的北極熊來說,它們的“下”是指向同一個地方:地心。
但是,一旦你離開地球表面,進入廣袤的宇宙空間,絕對的“上”和“下”就消失了。
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宇宙本身是一個三維的空間,沒有天花板,也沒有地板。沒有任何一條物理定律規定,宇宙的某個特定方向是“下方”,因此如果非要在太陽系中定義一個“下”,那么這個“下”只能是由太陽系中質量最大的霸主太陽來定義的。
太陽占據了整個太陽系 99.86% 的質量,它那恐怖的引力場向四面八方蔓延,將所有的行星緊緊抓住,所以對于地球來說,唯一的“下方”,就是太陽的中心。
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既然“下”是太陽,那么地球現在的狀態,其實就是懸崖邊上一顆搖搖欲墜的石頭。太陽的引力無時無刻不在死死地拽著地球,試圖把它拉入那片高達上千萬攝氏度的火海。
既然如此,地球為什么沒有“掉”進太陽里去呢?
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實際上太陽的引力無時無刻不在把地球往太陽中心拽。但是地球擁有一個極其驚人的水平速度,大約 每秒 29.78 公里,在這個速度下,地球產生了一種“離心趨勢”,離心力和太陽的引力達到了平衡狀態,所以說地球不是沒有掉下去,它只是以每秒 30 公里的速度,精妙地“錯過”了太陽。
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那么是誰在 46 億年前,狠狠地踹了地球一腳,給了它每秒 30 公里的側向速度呢?
答案藏在太陽系的誕生史中。
大約 46 億年前,太陽系還不存在,這里只是一團巨大、冰冷、極其稀薄的分子云,這團星云因為某種擾動,開始在自身引力的作用下向中心坍縮。
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在物理學中,有一個極其霸道的定律叫“角動量守恒”, 就像花樣滑冰運動員收起雙臂時,旋轉速度會突然加快一樣,這團極其龐大的星云在最初可能只有極其微弱的、幾乎察覺不到的旋轉,但隨著它越來越向中心收縮,它的旋轉速度變得越來越快。
由于高速旋轉產生的慣性,這團球狀的云逐漸被甩成了一個扁平的“原行星盤”,在這個旋轉的盤子里:中心區域的物質最多、最密集,它們坍縮、升溫,最終點燃了核聚變,誕生了太陽。
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外圍區域的塵埃和氣體,一邊繞著初生的太陽高速旋轉,一邊相互碰撞、粘連、如同滾雪球一樣越滾越大,其中一個滾得比較大的“雪球”,清空了自己軌道上的其他碎片,最終冷卻下來,變成了地球。
所以地球的側向速度不是憑空得來的,它是繼承了整個太陽系誕生之初、那團古老星云的旋轉角動量。
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因為太空中幾乎是完美的真空,沒有空氣摩擦力來消耗地球的動能,所以這股 46 億年前的“初速度”就一直保存到了今天,它像一個不知疲倦的陀螺,在絕對的寂靜中,憑借著慣性,永無止境地旋轉飛馳。
但這并不是真相的全部,在牛頓看來,太陽和地球之間有一根看不見的“引力彈簧”在拉扯著。但愛因斯坦說:不存在什么引力,引力只是一種幾何錯覺。
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想象一張緊繃的、巨大的、極富彈性的蹦床。這就是我們的“時空”,現在把一個極其沉重的保齡球放在蹦床正中央,保齡球會把蹦床壓出一個深深的凹陷,此時你拿一個質量很小的玻璃彈珠,沿著凹陷的邊緣向側面拋出去。
玻璃彈珠會怎么運動?
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它不會直直地掉向保齡球,而是在這個凹陷的斜面上,一圈又一圈地滾動,愛因斯坦的廣義相對論告訴我們:“物質告訴時空如何彎曲,時空告訴物質如何運動”,太陽巨大的質量把周圍的時空壓出了一個深邃的“引力井”。
地球根本不需要知道太陽在哪里,也不需要感受到任何拉扯它的“力”,地球其實一直是個“瞎子”,它只是憑著慣性,在它自己看來,它一直在走一條絕對筆直的直線。
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只不過,太陽把這段時空弄彎了,所以地球“筆直”的運動軌跡,在三維空間里呈現出來的,就是一個繞著太陽轉的橢圓軌道。
用這個視角再來看“地球為什么掉不下去”:
因為地球正滑行在一個被太陽砸出的巨大漏斗的邊緣。由于沒有摩擦力去消耗它的動能,它就永遠沿著漏斗的內壁做著完美的圓周運動,既逃不出去,也掉不到漏斗的最底端。
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總結一下,是什么力量在托舉著地球?
沒有托舉,只有平衡。
是太陽毀滅性的引力,與地球自身繼承自 46 億年前創世星云的巨大慣性,兩者之間達成的一種極其精妙、極其脆弱的動態平衡。
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我們腳下這個生機勃勃的世界,全人類的歷史、戰爭、藝術、愛情,全都搭載在這顆以每秒 30 公里速度狂奔的彈丸上。我們在深淵的邊緣瘋狂試探,卻因為速度足夠快,一次又一次地從太陽的頭頂掠過。
我們之所以能夠安然入睡,是因為整個太陽系的物理法則,在用數學般的嚴謹,維系著這場驚心動魄的刀尖之舞。
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