地球并非悬浮太空：从引力到时空弯曲，看懂永恒的 “坠落”

在我们所居住的地球上，任何有质量的东西都会朝着地面掉落，这正是由于地球强大的引力在持续的发挥作用，上千年来，无数的观察和科学实验都无一例外的证实了这个自然定律。
    然而，随着天文学的发展，我们的目光早已放到地球之外。但你有没有思考过一个问题：在浩瀚无垠的宇宙中，为什么所有的星球都悬浮于宇宙中，我们熟悉的地球同样如此，它们会不会也在朝着某个方向不停地坠落？


地球真的“悬浮”在宇宙中吗？
    从地球之外看地球，我们似乎静止的悬浮在宇宙中，但实际上，地球一直以每秒 30 公里的速度绕太阳狂奔，这就是地球的公转，不仅地球，整个太阳的八大行星都在绕太阳公转。
    这种看似矛盾的“动态静止”现象，是因为参考系的不同，而地球的“动力”来源于 46 亿年前，太阳系形成之初，原始星云的角动量，早期的地球就像一颗被甩出去的“旋转陀螺”，这才有了绕太阳公转的初速度。


    太阳作为太阳系的核心，其质量占到了整个太阳系的99.86%，因此，太阳对地球产生的引力也是非常强大的。根据牛顿的万有引力定律，太阳理论上会对地球产生向内的引力，最终坠落到太阳表面。
    但是由于地球拥有绕太阳公转的初始速度，于是就会产生一个额外的离心力，这两种作用使地球和太阳之间形成了一种动态平衡的状态。公转的速度大小也很关键，如果地球公转速度变快就会逃离太阳；如果速度变慢则会坠入太阳，现在地球的速度刚好使地球既没有飞离太阳，也没有被太阳拉过去，而是稳定的沿着椭圆轨道运行。


    在日常生活中，我们已经习惯了一个物体必须要有支撑力才能保持静止，比如桌子上的一杯水，必须有桌子的支撑才不会掉下去。但是对宇宙空间来说，就与我们的日常认知不同了，所以我们才会产生地球在宇宙空间中悬浮的错觉，实际上，它一直在沿着既定轨道运动，并且一直在“向下坠落”。
地球为什么是在“向下坠落”？
    宇宙中没有“上下左右”之分，上下只适用于地球上或其它星球表面，但在宇宙空间中，根本没有上下之分，严谨的来说，地球其实一直在朝着太阳的方向坠落，但地球的公转却又是一个“永远坠落但永不接触”的过程，这该如何理解？


    我们可以想象自己在海边沿着水平方向向前扔石头，你会发现，石头总是会先向前运动一段距离，再掉到地面上，我们用的力量越大，石头就会运动的越远。
    假如你用的力无限大呢，那石头就会飞离地球，再也不会掉下来了。那么理论上应该存在一个力量的临界点。如果我们扔石头的力量达到了这个临界点，石头就不会掉下来了，而是会不断地沿着地球运动。
    此时，对石头来说，并不代表它就悬浮在地球中，也并不代表它没有向下坠落。说的通俗一点，石头一直在做“自由落体运动”，只不过是有水平方向的自由落体运动。


    这正是著名的“牛顿大炮”设想，当石头坠落的弧形与地球的弧形一致的时候，石头就永远不会坠落到地面上。现在我们把地球看作这块石头，就能理解为什么它一直在向太阳的方向坠落，但又永远不会掉到太阳表面上了。
    如今围绕地球运行的空间站，就是利用了这个原理，这里就涉及到我们常听说的第一宇宙速度，也叫环绕速度，大约为 7.9km/s，指的是地球上发射的物体，绕地球表面做圆周运动所需的最小速度。
    从本质上讲，空间站和它内部的物体都在做自由落体运动，但在水平方向上，它有足够的速度使得自身一直绕着地球表面运动，在垂直方向上，它自身包括其内部的物体一直在向“下”坠落，所以会有失重的感觉。


结语：
   放眼整个宇宙：从太阳系到银河系，天体的运行也都遵循着这个规律。太阳带领着整个太阳系，以每秒230公里的速度绕银河系中心狂奔，完成一圈公转需耗费2.5亿年。
    爱因斯坦的广义相对论对引力的本质提出了更深层次的解释，引力其实并非是一种力，引力的本质是对时空的弯曲，地球本质上是沿着被太阳质量扭曲的时空“最短路径”（测地线）自然前行。
    从宇宙大爆炸开始，宇宙就一直处于不断演化和运动的过程，能量和物质也在不停的转换，这种动态的本质也决定了，宇宙中不存在绝对静止的东西。
⚠️内容来自互联网，如有侵权请点击反馈！侵权投诉