牛頓錯了嗎?地球重達60萬億億噸,為什麼地球沒有向下掉?

2020-12-27 鍾銘聊科學

在宇宙當中,存在著無數的天體。一些人類的探測器曾經拍攝過這些天體的樣子,從照片當中,我們會發現,這些天體好像是飄在太空當中。就拿地球來說吧,1968年,美國的阿波羅8號曾經在環繞月球的軌道的上,朝著地球拍照,這張照片後來也被叫做:地出。

從這張照片中,我們就會發現,地球好像是懸浮在太空中的一樣。類似的照片還有非常多。比如:2017年10月2號,人類的探測器OSIRIS-REX飛行到距離地球大概500萬公裡的地球,然後朝向地球和月球的位置,給地月系統拍攝了一張全家福。在這張全家福當中,地球和月球就好像是浮在太空中的一樣。

而我們在地球上,朝向夜空中看去時,天空中發光的星體實際上也好像是掛在了夜空中一樣。這一點其實和我們在地球上的經驗是不一樣的。在地球上,任何的物體都會向下墜,這就像是常識一樣。也因此,古人一直認為宇宙遵循著一套物理學理論,而地球遵循著另一套物理學理論。

不過,牛頓提出了不同的觀點,他認為宇宙遵循的物理學理論和地球上遵循的物理學理論是一樣的。不僅如此,牛頓提出了牛頓三大定律和萬有引力定律,從理論上統一了宇宙和地球表面的物理學規律。

既然牛頓已經統一了這兩者,要知道地球的質量達到了60萬億億噸,為什麼地球就可以懸浮在太空當中,而不是像在地球上的物體一樣往下墜?

牛頓理論

要了解這個問題,我們可以從牛頓的理論來入手。在地球上之所以會出現物體都向下墜的情況,主要是因為地球引力和地球自轉使得物體有「離心力」共同導致的,這個合力的方向是豎直向下的。

牛頓的理論讓我們知道,萬事萬物在不受力或者合力為零的情況下,物體要麼勻速直線運動,要麼靜止。而如果受力,物體就會產生一個加速度。在地球上,這個受力的方向是豎直向下的,而產生的加速度的方向也是豎直向下的,這就使得在地球上的物體總會有向下墜的趨勢。所以,「向下」的方向實際上是合力的方向。

不過,地球的情況和地球表面的情況是不一樣的。要知道,地球的下方是不存在著任何力對其進行拖拽的,甚至我們可以說,地球並不存在一個「下」的方向。如果非要說,地球要有一個「下」的方向,那也應該是地球的受力方向。

如果我們對地球進行受力分析,我們就會發現地球受到的「力」主要是引力,有來自於太陽的引力,也有來自於月球的引力,還有來自於其他行星的引力。這其中太陽對於地球的引力是佔據主導的。因此,如果地球非要有一個「下」的方向,也應該是朝向太陽的。

那麼問題來了,為什麼地球沒有墜入太陽呢?

這主要是因為地球具有一定的初速度,使得在太陽的引力作用下,繞著太陽作圓周運動。如果地球沒有這個初速度,那它就會墜入到太陽當中,最終被太陽所吞沒。

愛因斯坦的廣義相對論

牛頓的理論被稱為經典物理學。如今對於引力現象的主流解釋是愛因斯坦的廣義相對論。愛因斯坦在狹義相對論當中,統一了時間和空間,他認為這兩者其實是一碼事,我們不能將兩者分離開來看,而應該結合起來看,把它們並成為時空。我們所生活的世界就是一個四維時空。

而廣義相對論則是對狹義相對論的一次推廣。在廣義相對論當中,愛因斯坦認為,引力並不存在,引力現象的本質實際上是時空的彎曲。我們來舉個例子,太陽由於質量巨大,彎曲了周圍的時空,地球是沿著時空的測地線在運動,從我們的視角就是地球繞著太陽在轉。

因此,地球確實不會下墜,這是因為它實際上是被時空的測地線「託住」了。如果從四維時空來看,地球實際上是在走直線,而且還是勻速直線運動,滿足的是牛頓第一定律。在四維時空當中,並不存在一個使得地球「向下墜」的力,或者說時空的彎曲並沒有讓地球向下運動。因此,地球也就不會向下墜。

相關焦點

  • 地球重60萬億億噸,為何還能飄在太空中?
    公元前200多年,古希臘數學家埃塞託色尼利用太陽光直射原理算出了地球直徑1798年,67歲的卡文迪許通過測定萬有引力常數,計算出了地球質量是5.965*10的24次方千克,也就是我們現在說的60萬億億噸
  • 60萬億億噸!地球質量這麼大,為何還能漂在宇宙中不往下掉?
    1798年,67歲的卡文迪許通過測定萬有引力常數,計算出了地球質量是5.965*10的24次方千克,也就是差不多60萬億億噸。按照日常生活經驗,質量這麼大的地球一定在被什麼東西「託著」,否則肯定會往下掉,但多年來從太空拍攝的地球照片都顯示,地球「好像」是懸浮在太空中的。
  • 地球總重60萬億億噸,卻還能漂浮在太空中,為何不向下墜落?
    時至今日我們在地球所能看到的,就是在繁星滿天組成一條被我們稱作「銀河」的玉帶,橫跨黑暗的天空。從現代科學的角度來看,古代的各種創世故事充滿了浪漫主義氣息,與科學理論毫不相關,也不屬於任何關於宇宙結構的新認知,只是寄託了人類美好的想像和消除了對於大環境的畏懼感。
  • 地球的質量為60萬億噸,為何能懸浮在半空中?是誰在支撐著它?
    在茫茫宇宙中,地球是已知星球中最特殊特殊的。不僅因為地球上有人類,還因為有很多生命。然而,你知道關於地球的各種奧秘嗎? 比如你知道地球的質量嗎?據科學家大數據測試,地球質量超過60萬億噸!也就是說,我們的棲息地,地球有巨大的質量。那麼,地球這麼大,為什麼能懸浮在半空中而不下沉呢?是誰在支撐?
  • 如何測量地球的質量?
    任何有質量的物體之間都存在著引力,也就是牛頓所說的萬有引力,在地球上地球與其它物體之間的萬有引力就是我們常說的重力。測量地球這種事情人類很早就在做,早在古希臘時期就有人用非常巧妙的方法測量出了地球的半徑,但對於如何測量地球的質量卻毫無頭緒。
  • 如果地球是球形的,為什麼地球「下方」的海水不會掉下來?
    海水為什麼不會往下掉? 在古代,中國人認為「天圓地方」,人們認為人類之所以不會掉到下面去,是因為人類站在地球的上方。
  • 200億噸TNT炸藥的威力可以毀滅地球嗎
    這麼大的威力可以毀滅地球嗎  毀滅地球,就是把地球的主體結構整個炸壞,讓地球四分五裂,以人類目前的核武器的能力,簡直就是天方夜譚,不可能完成的任務。以地球的表面積推算,人類想給整個地球洗地起碼需要數十萬枚大當量級別的核彈。而讓地球解體,這一數量更是10萬枚的N次方。  要知道,地球是一個很結實的巖石行星,體積不算小,核心部分類似於白矮星,密度極高,想摧毀地球,至少得有火星那麼大體積的天體的猛烈撞擊,其力度豈是區區核武器可以做到?
  • 地球上的黃金是怎樣產生的?科學家找到一個地方,曾擁有60億噸?
    我們看電視劇時,不少帝王為了打賞一些達官貴人,都會賞賜黃金萬兩,擁有享不盡的才華富貴,到了現代黃金依舊非常珍貴,雖然沒有古代那麼值錢了,但它同樣能彰顯一個人的身份。
  • 如果把地球上70億噸垃圾 用火山處理掉 後果我們無力承擔!
    【能源人都在看,點擊右上角加'關注'】北極星固廢網訊:如果把地球上70億噸垃圾,用火山處理掉,後果我們無力承擔!地球上的資源確實非常的豐富,能夠提供我們日常所需。我們依靠地球上的這些資源,才可以得以生存下去,在這個過程中,地球上的資源不斷地被消耗,消耗之後就會在地球上留下許多的廢物,而這些廢物垃圾的處理也成為了目前最為難以解決的問題。最常見的垃圾處理的方式就是填埋或者焚燒了。
  • 《流浪地球》影片中依靠木星力量把地球加速到逃逸速度靠譜嗎
    但地球要逃跑前往藉助木星引力,首先要能夠啟動脫離公轉軌道,向木星方向出發走完幾億公裡。人類為了使地球逃離太陽毀滅的威脅,在《流浪地球》裡人類製造了特大推力行星發動機,每臺高11000米,可以產生推力150萬億噸,全球有12000臺發動機,形成的總推力就達到180億億噸。這個能量驚人吧?
  • 愛因斯坦提出廣義相對論後,牛頓的定律是錯的嗎?
    同時我們在課堂上學到引力使月球繞地球運動,也使地球繞太陽運動。圖解:萬有引力使行星按照自身的軌道圍繞太陽運轉引力使我們能夠平穩地站在地面上。它引導著每一個被拋出的籃球的軌跡和每一個宇宙飛船的軌跡。可以說,是萬有引力使宇宙中的萬物聚在一起。
  • 地球約有60萬億噸黃金,每人可分近9000噸,為何還如此值錢
    經過幾千年的發展,黃金還是很貴,但實際上地球約有60萬億噸黃金!這是什麼概念?證明真的「遍地是黃金」,人類根本不缺黃金這種資源。如果分配這波黃金,毫不誇張的說,每人可分近9000噸。地球上有這麼多的黃金,拿到手上不應該跟石頭一樣嗎?為何還如此值錢?
  • 科普:《流浪地球》電影中的科與幻
    (小標題)引力彈弓效應依照影片中描述的「流浪地球」計劃,人類給地球安裝上萬座巨大的重元素聚變發動機,它們被稱作行星發動機,推動地球逃離年邁的太陽,飛往最近的恆星——比鄰星。但地球是個龐然大物,平均半徑6371公裡,質量超過59萬億億噸。要讓它飛往比鄰星,需要脫離太陽引力,只靠人造的發動機還不夠,於是電影裡讓它藉助木星的「引力彈弓」。
  • 地球上遍地是黃金?如今黃金極為稀缺,研究員:地球黃金儲量60億
    金屬元素是地球上非常重要的資源,尤其是一些比較稀缺的金屬元素,尤其是鉲。這種元素的價值是黃金的70萬倍一克大概在3000萬美元左右,大家可以想像這麼高的價格,足以見得這種元素到底是多麼的稀缺,那麼我們再說回黃金這種東西,現在人們隨時隨地都能買到黃金,但是黃金為什麼還是這麼貴呢?
  • 沒有木星阻擋,SL9號彗星如果撞向地球,人類會滅亡嗎?
    很多人有這樣的疑問:若沒有木星擋在前面,1994年「蘇梅克-列維9號」彗星是不是就會撞向地球,人類會像6500萬年前的恐龍那樣被滅絕嗎?可以肯定地回答:不會。之所以說人類下場不會和恐龍一樣,主要基於三個主要原因:首先,即便沒有木星擋著,這顆彗星也不一定會撞向地球;其次,這顆彗星爆炸當量約40萬億噸TNT,而6500萬年前撞向地球的那顆小行星,撞擊威力達到120萬億噸TNT當量;其三,人類文明已經發展到了現代科技階段,雖然還很初級,但比恐龍這種毫無文明智慧,只能被動挨炸的生物,肯定會有更多的躲避和應對次生災害的辦法,
  • 引力與自轉有關係嗎?如果地球沒了月亮的引力,你我還會存在嗎?
    牛頓發現萬有引力定律已經三百多年了,早已經成為一種基本科學常識。萬有引力定律表達式為:F=GMm/r^2。這裡的F表示引力大小值,G為引力常數,M和m代表兩個發生引力相互作用物體的質量,r為作用物體之間的距離。這個公式告訴我們,物體質量越大,引力越強,物體之間距離越遠,引力衰減得越快。引力大小在天體表面表現為重力大小。
  • 盤點《流浪地球》中的邏輯漏洞,這難道是劉慈欣的浪漫主義科幻?
    太陽系影片中的行星發動機,一臺產生的推動力為150億噸,而一萬臺就是150萬億噸,150W億噸換成牛頓應為1.47*10^20N的力。300天換算成秒25920000秒,那麼每秒需要多大的加速度呢,12300/25920000大約每秒加速0.00047M/S,根據牛頓第二定律F=ma,地球質量5.98*10^24kg乘以0.00047=2.8106*10^21牛頓的力。
  • 地球上有60萬億噸黃金,人均能分9千噸,為什麼黃金還是貴?
    前言相信大家都知道黃金這種貴金屬的價值是比較高的,並且黃金還曾經被作為一種主要的貨幣來源,不少人還會將購買黃金當作一項投資,不過這麼貴重的黃金在地球上,其實有60萬億噸左右的儲量,如果按照地球上目前的人口數量來均分,每個人也能夠分到9000噸之多,既然地球上黃金的數量並不少,為什麼黃金的價格依然居高不下
  • 《流浪地球》中的重元素核聚變技術是什麼?現實中能夠實現嗎?
    每一臺行星發動機可以產生150億噸的推力,可能不少人會好奇,這些發動機使用的動力是什麼?燃料是什麼?要知道這一萬多個巨大的行星發動機肯定是非常強大的,否則也不可能將地球推離太陽系,讓地球成為流浪行星。而且如此多的行星發動機也需要很多燃料才行,這種燃料必然非常常見才行,否則就無法滿足它們的運行。
  • 12萬億隻,2750萬噸,覆蓋1‰地球,美國蝗群或是史上最大動物群落!
    人們曾經記錄到一個成魚平均達45釐米的大西洋鯡魚群,規模達到了4立方公裡,鯡魚數量超過了40億條,按每條0.5公斤計,重量高達200萬噸。 當然,大西洋鯡魚並不是海洋中最成功的物種,最成功的是南極磷蝦,種群規模達到了5億噸,按每隻2克計算,數量達到了250萬億隻,其中的一半每年都會被鯨魚、海豹、魷魚、企鵝、信天翁等海洋動物和鳥類吃掉