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薄纸张都无法浮在空中,为什么星球却可以悬浮而不坠落?

如果在地球上“悬浮”这是非常反常识的现象,有很多朋友之所以恐高就是担心失足坠落。在印度街头经常出现的悬浮场景,比较有意思同时又令人新奇,因我们知道这完全是不可能发生的现象。就像是一个熟透了的苹果自然从树上掉落到地面,如果苹果悬浮在空中这就很怪异。

如果我们从科学的角度来分析,所谓的悬浮必然是处于一种受力平衡的状态。根据牛顿的万有引力定律,地球上的物体都会受到引力作用,方向是指向地心。那么街头上出现的悬浮术就很自然有外力来抵消重力。

那么星球“悬浮”在太空里必然是相似的道理,它同样受到引力的作用,必须要往下坠落,但是太空中哪个方向又是下哪?其实很简单,可以理解成它的受力方向。以地球为例子,地球悬浮在外太空,那么它的下就是和太阳之间连线并指向太阳核心的方向。而如果要理解地球之所以不坠落地球,我们可以来回顾一下著名的思维实验。

牛顿大炮思维实验

在高中的物理课程中大家应该都了解进行过平抛运动,在桌子上放一个小球,快速的把它推射出去,到桌角的位置它会开始向下坠落,因为受到了地球引力的作用,同时没有桌子的支撑作用。

那么它的运动状态会非常明确,首先它具备一个初速度,就是离开桌角时候的速度,其次仅受到重力的作用,这个时候它会以一个抛物线的形式坠落到地面上。那么距离出发点的远近状态由初速度来决定。

其实道理都非常简单,那么这个时候开始来做牛顿大炮思维实验。

在一座山坡上放置一个大炮,让它以平行于地面的方向发射出自己的炮弹,假设炮弹初速度可以随意调节,那么根据初速度的不同,炮弹落到地面上的距离自然就会不同。当有一天炮弹的初速度达到一定数值,让跑到飞行距离甚至超过了地球的半径,那么这颗炮弹将永远都无法坠落到地球表面。

那么问题就出现了,这颗炮弹在我们看来绕地球公转就像是在悬浮一样,但实际上并非如此,它一直都在坠落的过程中,只是一直都无法实现坠落在地球表面。月球绕着地球公转就是相同的道理,它并非是高高的悬挂在高空,只是处在坠落的过程,奈何根本落不到地面之上。

相同的道理,整个太阳系为什么不坠落?

大家应该经常会看见类似于以下的图片,太阳带着八大行星以及大量的小行星、彗星、天体碎片等“悬浮在”星空中,那么为什么它们不会向下坠落?其实道理是相通的。

首先我们知道太阳系作为一颗普通的恒星系,它位于银河系之中,夜晚仰望星空看到的银河就是银河系的部分。在银河系之内有2000亿颗左右的恒星,它们共同构成了银河系这个天体系统。银河系作为一颗旋涡星系,它中心有着明显的核球,一颗大质量黑洞吸引着众多恒星聚集。同时拥有明显的旋臂结构,太阳系就位于其中的一条旋臂之上,距离银河系中心大约2.6万光年。

太阳系绕着银河系高速旋转,速度为240公里每秒,大约2.5亿年才能绕银河系中心一周。因为受到银河系中心的引力作用,太阳系才在此公转。看上去是悬浮在那里,实际上同样在高速狂飙,如果有一天它的公转速度没有了,太阳系就会扎进银河系中心,最终被超大质量黑洞所吞噬。同样的道理,地球有一天公转速度停止了,那么它就会坠向太阳,最终化为灰烬。

速度停止了自然就不再继续“漂浮”了,这就像是人生如果不努力奔跑最终就会被淘汰吞噬。

当然这是从牛顿的万有引力定律出发来理解星球“漂浮的问题”,实际上引力的本质是时空弯曲,这是爱因斯坦说的

上个世纪初爱因斯坦横空出世相继提出自己的狭义相对论和广义相对论,彻底的修正了万有引力定律的不足,从本质上诠释了引力。首先要了解何为力?自然界中有四大基本作用力,其中强力、弱力和电磁力都可以理解成围观基本粒子的交换作用,这可以通过量子力学来解释,但是引力却比较特殊,用基本粒子的交换来解释行不通。

科学家曾提出引力子的概念,但一直都没有发现它的存在。引力目前的解释可以用爱因斯坦的广义相对论来诠释,引力的本质就是时空弯曲。质量可以让时空发生弯曲,而物体可以在这样弯曲的时空中运动。

那么从时空弯曲的角度来讲就更不存在什么悬浮了,只不过是在弯曲的时空中运动而已,它就像是一条限制轨道,火车总不能来到高速公路上去吧?

文/科学黑洞,图片来源网络侵删。