地球自转一次要24小时，如果我们离开地面100米不动，12小时后会不会到地球的另一边呢？

这是一个非常经典的问题，它的提出，致使「日心说」被「地心说」压制了近两千年；甚至，这个问题还关系到整个物理学的基础。

因此，宇宙君觉得，有必要来详细讲解一下。

01

原始“日心说”的困境

我们都知道，早在古希腊时代，著名哲学家、数学家托勒密就提出了「地心宇宙说」——地球是宇宙的中心，日月星辰都绕地球运行——这种观念统治了西方近两千年。

但是，很多人可能不知道，也是在古希腊，「日心说」的观念也已经出现。

阿里斯塔克斯（Aristarchus, 约公元前 310年- 约公元前230年），是人类历史上有记载的首位提倡「日心说」的天文学者，是古希腊时期、也是人类历史上有记载的最伟大的天文学家，数学家。

阿基米德曾经指出阿里斯塔克斯「日心宇宙模型」的重点为：

太阳与固定的恒星不会运动；地球绕太阳运行；地球的轨道为圆形；太阳位于该圆的中心；固定的恒星距离太阳与地球极为遥远。

这和后来的日心说基本一致。

但是，「日心说」在与「地心说」的较量中处于绝对的下风，阿里斯塔克斯的发现也被托勒密和亚里士多德的光芒所掩盖，其中最主要的原因就是因为一个问题——一个和题主所描述的这个问题类似的问题。

那就是：

如果地球飞速绕着太阳运行，为何我们人类和地球上的所有其他物体，都不会掉下去呢？

认为“人类会从高速运转的地球上掉下去”，和认为“地球自转半周，飘在空中的人会到达地球另一边”，其实是同一种看法。

这个问题只要没有得到解决，「日心说」就永远不能翻身。

02

伽利略的大船

第一次从根本上解决这个问题的人，是我们可爱可敬的伽利略。

爱因斯坦曾这样盛赞伽利略，称其为近代科学之父：

“纯粹的逻辑思维不能使我们得到有关经验世界的任何知识，所有真实的知识都是从经验开始，有归结于经验……正是由于伽利略看清了这一点，特别是因为他将此引入科学界，他成了近代物理学之父——实际上，也是整个近代科学之父。”

在伽利略著名作品，1632年出版的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》（以下简称《对话》）一书中，他对这个问题做了详细的探讨。

《对话》以一种极为有趣和通俗的方式展现——书中采用对话的形式，参与对话的是支持他的两个朋友，沙格列陀和萨尔维蒂，与一个亚里士多德观点支持者辛普利邱。

对话一共分为4天，伽利略想要用这种对话形式使他的著作能拥有广大的读者，从而能有效地否定掉亚里士多德的力学和宇宙论。

关于地动的讨论，是萨尔维蒂主要来参与辩论的，他用一艘大船来做比喻，所以，这个例子又被称为「萨尔维蒂的大船」。请注意，这是人类科学史上最著名的一艘船了！

惯性的故事——萨尔维蒂的大船

宇宙君给大家总结整理了萨尔维蒂的说法：

当把你和一些朋友关在一条大船甲板下的主舱里，让你们带着几只苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫，舱内放一只大水碗，其中有几条鱼；然后，挂上一个水瓶，让水一滴一滴地滴到下面的一个宽口罐子里。

注意我们研究的对象：小飞虫（苍蝇、蝴蝶等），鱼，你和你的朋友，水滴。

船停着不动时，你留神观察：

小虫都以等速向舱内各方向飞行；

鱼向各个方向随便游动,水滴滴进下面的罐中；

你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不必比另一方向用更多的力。

你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相等。

水滴毫无疑问会滴到下方的罐子里。

当你仔细地观察这些事情之后，再使船以任何速度前进，只要运动是匀速，也不忽左忽右地摆动，你将发现：所有上述现象丝毫没有变化；你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动。

蝴蝶和苍蝇继续随便地到处飞行。它们也决不会向船尾集中，并不因为它们可能长时间留在空中，脱离开了船的运动，为赶上船的运动而显出累的样子。

鱼在水中游向水碗前部所用的力并不比游向水碗后部来得大，它们一样悠闲地游向放在水碗边缘任何地方的食饵。

你把不论什么东西扔给你的同伴时，不论他是在船头还是在船尾，只要你自己站在对面，你也并不需要用更多的力。

即使船运动得相当快，在跳跃时，你将和以前一样，在船底板上跳过相同的距离，你跳向船尾也不会比跳向船头来得远。虽然你跳到空中时，脚下的船底板向着你跳的相反方向移动。

水滴将象先前一样，滴进下面的罐子，一滴也不会滴向船尾。虽然水滴在空中时,船已行驶了许多柞。

03

伽利略相对性原则

萨尔维蒂的这段论述中包含着一个物理学中非常重要的真理：

从船中发生的任何一种现象，你是无法判断船究竟是在运动还是在停着不动。

现在我们称这个原理为伽利略相对性原理：

在任何惯性系中，经典力学定律的数学形式不变，换言之，所有惯性系都是等价（平权）的。

什么是惯性系？

简单来说，就是做匀速直线运动的参考系。

地球表面虽然不是严格的惯性系（因为地球表面其实在做圆周运动，而非匀速直线运动），但是，可以勉强看做惯性系——原因是：1.地球自转的加速度非常小；2.地球很大，而我们所研究的地球上的物体相对就很小。

此时，让我们来公布问题的答案吧：

地球自转一次要24小时，如果我们离开地面100米不动，12小时后不会到达地球的另一边，而是继续漂浮在原来升起的那个位置上方。

具体解释：

物体在惯性系中的表现和在静止参考系下的表现是相同的，惯性系平权的原则让你无法通过任何物理实验和测量，分辨出参考系到底有没有动。

所以，你永远漂浮在你原来升起的那个位置的上方，而不会12小时后到达地球的另一面。因为，如果你不这样，比如漂浮到了另个一位置，那么就相当于，你分辨出了「匀速运动的地球」和「静止的地球」的区别，这与惯性系平权的原则不符。

可能这个解释还是有点绕，那么，让我们在通俗一点：

通俗一点解释：

如果我们把地球看做惯性参考系，那么根据伽利略变换，漂浮在地面上方100米的你，相对于地面的速度依然是0，所以位移和地面相同——也就是，你和地面相对静止。所以，你永远不会离开原来升起的那个位置。　

04

总结

伽利略相对性原理不仅从根本上否定了地静派对地动说的非难，而且也否定了绝对空间观念(至少在惯性运动范围内)。

甚至，颠覆经典力学的狭义相对，也以「伽利略相对性原理」作为两条基本原理之一。而另个一基本原理，则是大名鼎鼎的「光速不变原理」，这个应该很多人都知道。

当然，这里再提一下：

地球表面，其实并不是真正的惯性系：所以，我们可以使用「傅科摆」，轻松证明地球在转动！

当然，这就是另个一话题了，有兴趣的话，请关注我查看其他内容吧~