靜止的物體保持靜止，運動的物體恆定運動，是什麼讓太空人飄向生命的終點？
圖片編輯：Warner Bros 拍攝：Alfonso Cuarón，出自電影《地心引力》
該電影在點燃我們對人類本質種種可能的好奇心方面起到了重要作用，電影也使那些無處不在的想像比在太空遨遊顯得更加明顯。在過去的數年內，電影就像興趣觀察員，《火星救援》和《地心引力》幫助我們想像未來，然而它們也給我們留下了一些關於它們到底有多準確的疑問。我收到了由此激發了想像的Troy Stuart，他想知道：
這是我和妻子今晚在看《地心引力》時想到的。【見下圖】我的疑惑是，當極限被拉伸到接近極致，而且漂浮在太空中，為什麼喬治放鬆時卻漸漸飄走？重力在那時是相同的所以應當不成問題。我妻子認為這是因為他們在太空中是以不同的速度漂浮。我認為只有當試圖改變方向時質量才會成為一個值得考慮的問題。那麼，究竟是什麼導致喬治在松在鉤子時就飄走了？
這是一張關於這個問題的圖片。
照片編輯：Warner Bros 照片出自Alfonso Cuarón，來自電影《地心引力》的海報
此時的場景是兩位太空人正經過國際空間站，極力想要接近它。其中一個索尤茲模塊還在那裡，降落傘已經部署好了。Ryan Stone (Sandra Bullock) 和 Matt Kowalski (George Clooney)試圖抓住空間站，但是都失敗了。Stone的腿纏在了降落傘的索線上面然後抓住了kowalski。但他們逐漸發現索線無法承受兩個人的重量，於是kowalski解開了自己的繩索飄入了太空，逐漸遠離stone和空間站。
但是在電影鏡頭中還有一個問題，正如Troy指出。而且這個問題也非常簡單：它與牛頓第一運動定律相悖。
照片編輯：Warner Bros 照片出自Alfonso Cuarón，來自電影《地心引力》的海報
牛頓第一運動定律或許是最古老的人類已知物理運動定律，靜止的物體保持靜止，運動的物體保持恆定運動，除非有外力作用。一旦stone和kowalski被固定在降落傘繩索上，一旦繩索緊繃，不再拉伸或者是移動，他們應該都以相同的速度朝相同的方向移動。從表面上看，如果他們都保持著恆定運動，在沒有加速也沒有外力的情況下，在降落傘繩索上不應該有任何拉力。然而，當kowalski解開繩子時，他仍然飄走了。
照片編輯：Warner Bros 照片出自Alfonso Cuarón，來自電影《地心引力》中的海報
問題在於，外部也有外力作用。比如來自地球的《地心引力》。有一種很小卻不可忽略的從海拔高處的稀薄大氣的阻力。（這就是為什麼在低地球軌道上的衛星需要「偶爾提升」，或者它們在大氣中脫軌和燃燒。）國際空間站遠比stone或kowalski要大得多，因此它也會受到更大的重力影響。但這些都不重要，因為牛頓第三運動定律，就是告訴我們F=ma的那條，告訴我們，國際空間站的加速運動，和stone以及kowalski都應該是相同的，即使他們的重量不一樣。
阻力很有趣，它是由物體的密度、表層區域以及物理大小決定的，。這就是如果伽利略真的在比薩斜塔上進行了他的鐵球實驗（兩個不同重量的鐵球從相同位置落下），他就會發現重的那個球會先落地：與10磅相比，1磅鉛的重量只有其10%的重力，但22%的阻力！一個更輕更小的高密度物體比如人，會承受比國際空間站更大的阻力，也因此在軌道上會更容易減緩速度。
照片編輯：Warner Bros 照片出自Alfonso Cuarón，來自電影《地心引力》中的海報
但是不足以引起他們在《地心引力》中表現出來的效果！國際空間站高度的空氣密度是很稀薄的，因此kowalski要飄走需要數月時間。事實上，一個簡單的掙扎都可能把他推向太空飛行器，使整個繫繩場景失去意義。
但是還有一些別的問題，如果你把電影海報當做真理，我們還沒有想過這個問題。如果把繫繩場景看做是一個純線性系統，我們注意到角度因素呢？
照片編輯：Warner Bros 照片出自Alfonso Cuarón，來自電影《地心引力》中的海報
我們來看一看，kowalski距離stone是有明顯的角度的，也同樣是距離空間站的角度。是什麼使它在太空中發生呢？除非空間站是在旋轉的！即使它只是在輕微的旋轉，如果一次踏足或者碰撞優先在空間站的重力中心發生（正如電影裡那樣），會發生什麼呢？如果你在一根繩索上面旋轉一個球，然後啪的一聲彈一下繩子，你會發現球是直線式飛走的。
圖片編輯：public domain 由WJ百科用戶Brews ohare拍攝
在太空中，這種旋轉可與很慢很慢以至於它在相機鏡頭裡很難不被察覺。但是只要做到以下幾點就夠了：
1.把繩子繫緊。
2.預設置重量更大最後掙斷繫繩的風險。
3.如果重量即將脫離（比如像kowalski一樣放開），它將擺脫自己的慣性，遠離被束縛著的重量。
因此，Troy，你是對的，為了把繩子繫緊，我們確實需要加速，因為人們的重量有掙斷降落傘繫繩的風險，而且kowalski也可以在解掉繩子後真正向前移動。這種加速可以是受外力影響也就是改變你速度的因素，也可以是旋轉運動，也就是可以改變方向的運動。基於我們在電影裡所見，接下來是方向的改變，小小的改變但是足以使電影繼續下去。
照片編輯：Warner Bros 照片出自Alfonso Cuarón，來自電影《地心引力》中的海報
或許我看電影的方式不是大多數科學家那樣的，我不會去尋找缺陷或漏洞或方法來宣稱，「那是不可能的！」我試著在我的腦海中尋找一種在物理法則內讓它變得可能的方法，並且我認為我已經找到了一種，因此我會繼續下去。在《火星救援》中旋轉也起到了很重要的作用，而且事實上當Matt Damon在他的太空服的手上掏了一個洞朝著救援飛去時，我幾乎想要朝著他喊出來。我不能理解他為什麼不把手靠近他的質心以更好的掌控自己！
總之，一位像kowalski一樣老道的太空人應該知道要最後做一下掙扎以將自己帶入空間站，除非空間站的旋轉比相機角度展示的還要強烈，使掙紮成為不可能。但是除非存在某種加速，導致旋轉成為唯一一個選擇，他就沒有原因飄向死亡。因此這就是解釋。或者，有人重視情節、故事和收益高於科學，他們只需要一位沒有判斷能力的天體物理學家跟隨，並給他們一個準確的解釋！
參考資料
1.維基百科全書
2.天文學名詞
3. Ethan Siegel- forbes- X
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