3810萬億光年!撬動地球需要多長的槓桿?

2020-09-11 零下一度的心一一

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。

相關焦點

  • 需要多長的槓桿能撬動地球?
    阿基米德說:給我一個支點,我就能撬起地球。這句話便是說槓桿原理:公式為(F1×L1=F2×L2),即動力×動力臂=阻力×阻力臂(力臂:從支點到力的作用線的距離)。假設成年男性體重為 70 千克,那麼理論上,他撬起一隻重 4000 千克的亞洲象需要 57 米的槓桿;撬起約重10100000 千克的艾菲爾鐵塔需要 144285 米的槓桿;地球質量約為 5.965×10^24 千克,地月的平均距離為 384403 千米,以月球為支點,撬起地球需要的槓桿長度約為 3465 萬億光年。
  • 如果以月球為支點,一個人需要距離多遠才能撬起地球1釐米?
    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。
  • 一光年到底有多長?
    光年是衡量宇宙中,天體與天體之間距離的長度單位,並非時間單位,一光年代表的是光在真空中傳播年的距離, 那麼一光年到底有多長呢?這篇文章帶你了解一下。我們知道地球赤道的周長大約四萬千米,以光速每秒30萬千米來算,光一秒可繞地球 7.5圈,遠在38萬公裡處的月球,人類唯一曾經腳踩過的地外天體, 光速僅需要1.2秒即可到達。
  • 一光年到底是什麼概念?一光年有多長
    由於宇宙非常浩瀚,天體之間的距離已經無法用我們所認知的單位計算了,所以就延伸出了光年。"年"是時間單位,但"光年"雖有個"年"字卻不是時間單位,而是天文學上一種計量天體時空距離的單位。天文學家就創造了一種計量單位--光年,即光在真空中用去一年時間所走過的距離。距離=速度×時間,光速約為每秒30萬千米(每秒299,792,458米),1光年為9460730472580800米。9.46萬億公裡到底有多長呢?
  • 阿基米德想撬動地球?這是不可不知的科學故事
    關於阿基米德「撬動地球」的說法,很可能是個以訛傳訛的結果。阿基米德是古希臘著名的數學家、物理學家、天文學家、發明家和工程師,他被公認為是古代最偉大的科學家和數學家之一。他說的到底是「地球」還是「世界」?這些都是存疑的地方。至少有一點可以肯定,阿基米德本人並不是槓桿的發明者,他如果真說過類似的話,那也是他希望藉此說明槓桿在力學中的作用。阿基米德是一位嚴謹的數學家和物理學家,不是詩人,他並非真想去「撬動地球」。
  • 1光年到底有多遠?人類最快的太空飛行器,飛完1光年需要多長時間?
    光在真空中的速度為每秒鐘299792458米,以這樣的速度,只需要1秒多一點的時間就可以從地球抵達月球,而所謂的1光年,是指光在真空中直線前進整整1年的距離,換算下來就是大約9.46萬億公裡,相當於地球與太陽距離的大約63241倍。這是什麼概念呢?
  • 1光年到底有多遠?人類最快的太空飛行器,飛完1光年需要多長時間?
    在我們談論宇宙的時候,通常都會以光年作為距離單位,與宇宙中動輒成千上萬光年的距離相比,1光年看上去似乎並不算遙遠,然而尷尬的是,以我們人類目前的科技水平來講,1光年的距離可以說是可望而不可及。為什麼說1光年是「可望不可及的距離」?光在真空中的速度為每秒鐘299792458米,以這樣的速度,只需要1秒多一點的時間就可以從地球抵達月球,而所謂的1光年,是指光在真空中直線前進整整1年的距離,換算下來就是大約9.46萬億公裡,相當於地球與太陽距離的大約63241倍。
  • 走完一光年,需要多長時間?
    都知道光是有速度的,而它的速度可以驚人地達到每秒299,792千米,如果按每小時數計算,一小時能達到11億公裡,而在某種情況下,如果你能以光速飛行,你將實現每秒繞地球7.5圈,也許在這個速度下還能看到地球每個角落的「詭異」變化。
  • 阿基米德為什麼說他能夠撬動地球?
    最早發現槓桿院裡的人是古希臘的阿基米德。槓桿原理說明,槓桿的平衡條件是動力矩等於阻力矩,即動力*動力臂=阻力*阻力臂。利用槓桿可以用小的動力克服大的阻力。槓桿原理是設計製造一切機械的基礎。阿基米德曾經自信的對當時的國王說:「假如給我一個支點,我就能撬動整個地球」這樣的支點和槓桿當然找不到,但理論上如果有的話,阿基米德是能撬動地球的。後來阿基米德利用槓桿原理,幫助國王解決了一個大難題。這位國王造了一艘大船,但由於船太大,無論如何也沒辦法讓它下水。阿基米德設計製造了一套槓桿滑輪系統,是人用很小的力就能拉動很重的東西。阿基米德讓國王拉動繩子,結果船慢慢的移動起來,終於下水了。
  • 1光年到底遠到什麼程度?走1光年需要多久?
    2.37×10^14公裡,即237萬億公裡。為了更好描述宇宙的距離,天文學家創造出了一個非常大的長度單位——光年。如果用光年來表示,織女星的距離為25光年,這樣的表示方式顯得非常簡潔。那麼,光年究竟是如何定義的呢?1光年到底遠到什麼程度?行走1光年需要多長時間呢?
  • 地球繞太陽一圈需要一年,那太陽繞銀河系一圈需要多長時間?
    比如我們人類生活得地球,就有一顆衛星月球,月球繞地球需要一個月,地球繞太陽需要一年,後來人們又發現太陽系不是宇宙的全部,而是繞著一個叫著銀河系的中心旋轉而且還計算出太陽系繞這個中心所需要的時間,有多久呢?
  • 龍湖光年| 旗艦品牌全季酒店撬動商業地產,迎來資產配置新機遇!
    如何去尋找合理的資產配置結構,成為投資者們需要不斷思考的問題。全季酒店入駐龍湖光年強勢撬動商業地產2020年,改變了很多人的投資思維,也深深地加劇了投資者的焦慮,該怎樣進行資產配置,來跑贏通貨膨脹?2020年,世界滿譽品牌全季酒店與重慶龍湖光年正式籤約,成為入駐龍湖光年「TOD垂直城市」雙子塔的首個品牌商家,讓投資者看到,在線下場景充滿優勢的品牌酒店,正成為撬動商業地產的一大槓桿。
  • 撬動人性槓桿,開啟人類太空旅行時代
    除了賺錢,人還需要什麼超級工程和民眾幸福之間一定有一個衡量利弊的度量存在,這是過去經濟學家從來沒有揭示的真相。人類總是將對物質的生產歸功於人類的創造,實際上農業時代物質的生產基本和人類關係不大,只要植物正常地光合作用,動物的食物可以持續,所生產的物質都是植物和動物所生長的。
  • 徒步行走1光年的距離,需要多長時間才能走完?
    那麼,問題來了,如果我們徒步行走1光年的距離,大約需要多久的時間呢?光年我們都知道,在宇宙中,我們說一顆星球距離地球多少光年,使用的單位是「光年」,簡單來說,就是以光速行走1年的距離。光年作為長度單位,它主要是用來計算光在宇宙的真空環境中,直線傳播了1年之後,所經過的距離長度,換算成公裡數之後,現代科學研究得知,1光年的距離等於9460730472581公裡,是的,大家沒有看錯,一共13位數,9萬億公裡。
  • 旅行者一號,正在飛往6光年外的「超級地球」
    但仍然是人類迄今為止太空飛行器速度的巔峰,那麼如果以如此高的速度,飛到6光年外的超級地球將需要多久呢?作為6光年外的超級地球,巴納德星是一顆比太陽更小的紅矮星。質量僅為太陽的百分之14,只有木星的180倍,2018年,天文學家在巴納德星的0.35個天文單位處發現了一顆超級地球,也就是巴納德星B,質量是地球的3.2倍,公轉周期為233天。
  • 人類目前最快的飛行器,飛到距離地球6光年的超級地球需要多長時間?
    目前飛行速度最快的探測器如果從地球表面運行的飛行器來看,目前速度最快的為美國宇航局研製的X-43A飛機,其飛行速度為11200公裡/小時,約合3.1公裡/秒,相當於音速的9.2倍,環繞地球赤道一周需要3.6個小時,在地球上這個速度已經相當快了,但是如果這個速度應用到航天領域,則基本上連龜速都談不上。
  • 如果飛船用光速飛行,100光年需要花費多長時間?長見識了
    如果飛船用光速飛行,100光年需要花費多長時間?長見識了所謂的光年,指的不是時間單位,而是距離單位,它也是人類目前最大的距離單位,如果飛船用光速飛行的話,100光年的距離需要多長時間呢?今天算是真的長知識了。
  • 人類目前飛行100光年需要多長時間?還在太陽系範圍內嗎?
    光年是距離單位,指得是真空中光飛行一儒略年得到的距離。一儒略年為:365.25天,光速可以看作30萬公裡每秒。所以一光年大約等於9.46萬億公裡,100光年大約是946萬億公裡。旅行者一號是目前人類飛行最遠的探測器,已經飛行了42年,現在距離我們大約220億公裡。
  • 你知道一光年有多遠?人類現在的飛行速度到達宇宙邊緣需要多久呢
    「光年」這個詞想必大家都聽說過,你知道光年是長度單位還是時間單位呢?其實光年是衡量宇宙中間體與天體之間的長度單位。一光年也就是光在真空中傳播一年的距離,那麼一光年到底有多長呢?我們知道宇宙浩瀚無垠,有著無數的恆星,這些恆星之間的距離非常遙遠,而我們地球上所用的距離單位無法衡量。因此就衍生出了「光年」來衡量這些天體的距離。目前光速是已知物質運動的極限速度,每秒以大約30萬千米的速度傳播。當光在宇宙中傳播一年後也就是一光年的距離。通過計算一光年大約為9.46萬千米,而這個概念我們已經無法想像。
  • 「科學社團」生物進化過程中為何多選擇了費力槓桿?
    曾經一位大鬍子老頭說:給我一個支點,我能夠撬動地球。生活中,也有很多省力槓桿的例子,比如指甲鉗、撬槓、瓶蓋起子等等。我們人自身也多麼希望能成為大力士,力大無窮。當然,省力槓桿就能幫助到,起到一兩撥千斤的效果。然後在生物的進化過程中,例如脊椎動物的關節大部分都選擇了費力槓桿。