地球质量达60万亿亿吨，为什么可以漂浮在太空，而不向下坠落？

发布者：清风明月夜 2023-1-8 22:18

日常经验告诉我们：万物都会“往下掉”，这是地球引力的作用。而如果你在太空中观看我们的地球，会发现地球像是一直“悬浮”在太空中，貌似并没有往下掉，为何会如此？

需要从以下几个方面来分析这个问题。

首先，地球（或者是其他星球）真的是“悬浮”在太空中吗？


非也！不但不是悬浮在太空中，恰恰相反，地球真的是一直在“向下坠落”！

如何理解？

举个例子，一个非常通俗易懂的例子，你甚至随时可以在现实生活中重现这个例子。

在大马路上随便捡起一块石头，向前扔，你会发现石头会飞出一段距离，但总是会坠落到地面上。

当然你力气越大，石头飞出的距离就越远，但石头还是会落到地面上。


接下来放飞你的思想，来个思想实验。假设你拥有无穷大的力量，随着你扔石头的力量越来越大，石头飞出的距离也会越来越远。

接下来你肯定感觉到什么了！

没错，总有一个力量的临界点，当达到这个临界点，石头就不会坠落下来了，而会成为地球的“卫星”，一直绕着地球运行。

但不会坠落下来，不代表石头就没有坠落的趋势，不代表石头就是悬浮的。实际上石头一直在朝向地球坠落，说得更通俗点就是石头一直在做“自由落体”运动，只不过是有“水平”方向速度的自由落体运动。

假设你的力气差一点达到临界点，会发生什么？

石头会绕地球一圈，然后落到你脚后跟那里（当然是理想情况，这里就不要较真了！），然后你的力量稍微大一点，石头就不会坠落到地面了。


这也是著名的“牛顿大炮”的设想。当石头坠落的弧形与地球的球体弧形一致时，石头就不会坠落到地面。

而地球不正是一块巨大的“石头”吗？

其次，我们通常所说的“向下坠落”具有很大的局限性，只适用于地球（或者其他星球）的表面，在地球上我们能很好地定义“上下”，但到了浩瀚太空，定义“上下”就没有这么容易了。

或者说，在太空中，根本无所谓“上下”，没有“上下”的概念。

地球倒是想“向下坠落”，但哪里是“下”啊？

最后，地球倒是想掉入“宇宙深渊”，但“宇宙深渊”到底在哪里？或者说“宇宙深渊”到底是什么？


正如刚才所说，地球确实在“向下坠落”，但这里的“向下”仍旧是一个局部概念，在太阳系范围内，地球确实一直朝着太阳的方向坠落，但坠落的弧形正好与太阳弧形一致（当然也是理想情况，实际上地球轨迹是椭圆），所以不会落到太阳表面。

说白了，地球其实一直在朝着太阳做自由落体运动，正如空间站同样朝着地球做自由落体一样，这也是为什么空间站上的宇航员会完全失重，自由落体当然会失重了！

从物理学角度来讲，地球其实在沿着时空的“测地线”在运动。


何为“测地线”？

类似于“平面上两点之间直线最短”，时空的“测地线”就是时空的最短距离。

而广义相对论告诉我们，时空并非是平直的，而是弯曲的，引力的本质正是时空的弯曲。天体沿着弯曲的时空做测地线运动。

有一句话形容，就是“时空告诉物体如何运动，物体告诉时空如何弯曲”！


有质量的物体（尤其是大型天体）可以让时空发生弯曲，然后物体沿着弯曲的时空结构运动。

有人可能会有疑问：时空朝哪个方向弯曲呢？

不是上也不是下，只会朝着物体的质心弯曲，就像下图那样，运动的物体让周围的时空弯曲。


当然，有人还会有疑问：地球向太阳坠落，太阳向银河系中心坠落，银河系向哪里坠落呢？……

如此追问下去，问题就会演变为：我们的宇宙为何不坠落？

哲学上这种思想：任何问题一旦追问下去，都不会有答案，都会走向死胡同。科学也属于哲学一部分。

当然，并不是说不让问，科学本来就是一步步揭开宇宙和大自然的神秘面纱的，如今人类了解的宇宙奥秘连九牛一毛都不如，或许有更深层的奥秘隐藏在背后，需要我们人类不断努力太多！

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