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古希臘哲學家阿基米德曾經說過「給我一個支點,我可以撬動整個地球」,儘管語氣聽起來比較狂妄,但是從理論上來講還真是可行的,但前提是給阿基米德一個可靠的支點。
現在,我們知道阿基米德的自信來自於槓桿定理。那麼,我們如果將地球的衛星——月球作為槓桿的支點,一個普通人需要距離月球多遠才能將地球撬起來呢?不過在回答這個問題之前,我們首先要簡略地了解什麼是槓桿定理。
「以小博大」的槓桿定理
槓桿定理的內容很簡單,即動力×動力臂=阻力×阻力臂,這是一個簡單明了的公式。換句話來說,就是動力臂是阻力臂的多少倍,那麼你撬動某個東西所花費的力氣就是這個東西所給予阻力的幾分之一。
當阻力以及阻力確定下來的時候,動力臂越大,需要的動力就越小。這就是撬動地球最根本的原理。
由於地月的平均距離是確定的,在理想條件下,要撬動地球的人距離月球這個支點越遠,那麼這個人所花費的力氣就會越小。
這個人要距離月球多遠?
在簡單的了解完槓桿定理後,我們就開始計算動力臂的大小,即撬動地球的人距離月球的距離。
首先,地球的質量是5.965*10^24千克,為了簡化計算,我們將地球的質量約化為6*10^24千克;其次地月的平均距離約為38萬千米,即3.8*10^5千米;最後,我們假設撬動地球的人的體重是60千克。
這樣,我們把數據代入槓桿定理的公式。在得出具體的數據之前,我們單憑地球與人的質量,就可以估計出月球與人的距離是地月距離的10^23倍,在乘上地月距離後,最終得到的數據是月球與人的距離是3.8*10^28千米,換算成光年大約是4*10^15光年,而目前人類能夠觀測到的宇宙直徑是930億光年,換算成科學計數法是9.3*10^10光年。
如果你真的以月球為支點撬動了地球,那麼恭喜你,你開拓了人類觀測宇宙範圍的極限。
要多久才能撬動地球1釐米?
通過簡單的計算,如果地球一端稍微抬高1釐米,那麼在另外一端,則要在宇宙空間中劃出一個超長距離的弧,這個弧的長度約為10^21米。
如果這個人能夠在1秒的時間內將重60千克的物體抬高1米(舉高物體需要緩衝時間,這已經很不容易了。),即使是這樣的情況下,仍然需要10^21秒,換算成以年為單位的數值,則是將近3萬億年,宇宙形成的時間(138億年)和這個相比簡直是小巫見大巫。更不要說,要將地球撬成和人平起平坐的情況,還要再在3萬億年的基礎上乘上月球的直徑。
通過上面的例子,我們要明白理論可行和實踐可行還是有很大區別的,但是理論仍然能為實踐提供解決問題的方法,這就是科學的魅力。