在早期人類的生產活動中,人們就已經發現了槓桿原理——動力與動力臂之積等於阻力與阻力臂之積。人類把這種物理現象用於生產活動,5000年前古埃及人被認為用槓桿原理來修建宏偉的金字塔。
對於槓桿原理,古希臘物理學家阿基米德曾有一句名言:「給我一個支點,我就能撬動整個地球」。那麼,如果真用槓桿原理來撬動地球,所需的槓桿要多長?
首先,需要給這根槓桿找一個支點。在地球周圍,有一個非常適合充當支點的天體,那就是繞地球公轉的月球。月球並不是在一個圓形軌道上繞地球運動,這裡假設月球離地球最近時,月球作為支點,此時的地月距離為36.26萬公裡。
再假設有個體重為60公斤的人在槓桿的另外一端,以他自身的重量來提供動力。地球的質量是已知,約為5.97×10^24千克。那麼,根據槓桿原理的公式:
動力×動力臂=阻力×阻力臂
由此可以計算出動力臂的長度為3.61×10^28公裡,這個長度遠大於阻力臂,所以動力臂的長度近乎等於槓桿的總長度。那麼,這個長度是什麼概念呢?
如果把它換算成光年,則相當於3.81×10^15光年,或者3810萬億光年。也就是說,以將近每秒30萬公裡的光速走完這段距離,將需要3810萬億年的時間。
這根槓桿的長度超乎想像。要知道,以地球為觀測中心的可觀測宇宙半徑只有465億光年,所以這根槓桿遠遠超出可觀測宇宙的範圍,將會進入不可觀測宇宙中。
目前,天文學家並不清楚整個宇宙究竟有多大。一個估計是,整個宇宙的半徑為12萬億光年。如果按照這個數據來看,這根槓桿甚至伸出了整個宇宙。
宇宙也有可能是無限的,沒有邊界,宇宙的範圍無窮大。在這種情況下,撬動地球的槓桿在宇宙中放得下。如果宇宙是有限而無界的,也就是宇宙的幾何形狀是閉合的。那麼,這根槓桿也能放得下。只是在彎曲的空間中,槓桿會跟著一同彎曲。如果整個宇宙並不大,槓桿有可能會繞一圈回來,頭尾會碰到一起。
即便宇宙中放得下這根槓桿,想要用它來撬動地球,將需要等待極為漫長的時間。當人在槓桿的一端開始撬動時,力不會瞬間傳播到槓桿的另一端,也不會以光速傳播,槓桿的另一端不會快速做出響應。
事實上,力的傳播速度等同於聲音在槓桿中的傳播速度,因為這是一種機械波的傳播。如果這根槓桿是鋼製的,那麼,力在其中的傳播速度約為5000米/秒。因此,當人撬動槓桿時,另一端的地球要等2.28萬億億年之後才會被撬動。
理論上,用槓桿可以撬動地球,但現實中根本不可能做到。首先,所需的槓桿長度極長,將要達到3810萬億光年。無論槓桿是用什麼材料製成的,其質量都會無比巨大,很有可能會直接坍縮成黑洞。其次,即便存在這樣的鋼製槓桿,用它撬動地球也要耗費2.28萬億億年的時間,那時的地球和月球可能早已不存在。另外,人在太空中也無法直接推動槓桿,需要一臺火箭發動機來提供動力。