中學的科學書上就明確告訴大家,宇宙中所有天體都在不停的運動,地球在自轉的同時本身還以30千米/秒的速度繞著太陽公轉,太陽則帶著一幫小弟以120千米/秒的速度繞著銀心公轉,而銀河係數千億顆恆星卻正朝著一個叫做巨引源的神秘區域以超過600千米/秒的速度前進!更大範圍呢是怎麼運動呢?宇宙又是咋個運動呢?
天體的轉動真的是上帝推了一把嗎?
人類認識宇宙最早是從地球中心論開始的,當然這後來被哥白尼的日心說所推翻,再後來克卜勒的行星運動定理以及銀河系自轉的發現,太陽中心論也被推翻,隨著人類對天體運動的了解,對宇宙的認識也在進入一個更高的層次!
天體為什麼會轉起來?
更準確的說天體轉起來就是它的原罪,而產生這個原罪的就是宇宙最初時誕生的基本作用力:引力在作怪,星雲會從克服熱膨脹壓力轉而成為收縮,是因為引力,金斯不穩定性是導致星雲坍縮的重要原因,其幾個先決條件中,引力坍縮大於熱壓力是最主要的,而受到幹擾則是選項之一!
引力作用下的物質遵守測地線運動,它產生的軌跡就是一個螺旋下墜的運動曲線,無可挑剔的完美,因此坍縮到中心的天體,有生俱來即獲得了這個螺旋運動的角動量,它繼承的可能是整片星雲的角動量,或者部分區塊角動量,這取決於坍縮區域的大小!
天體運動的上帝就是引力
其實這個定義是不完整的,但在星系範圍內的天體運動,以引力來概括已經綽綽有餘,簡潔一些用牛頓的萬有引力來描述也大致正確,而更精確一些用愛因斯坦的廣義相對論來描述,那麼可以精確到小數點後十幾位!
捕獲天體的三種運動方式,墜落、環繞和逃逸
但在超星系團或者更大規模上來考量,那麼必須還要引入一個暗能量主導的斥力,暗物質它提供的仍然是引力,所以我們要簡單介紹下引力的對立面:暗能量,這種在均勻瀰漫在空間中的物質也具有質量,但它產生的卻是斥力,1998年兩個團隊研究深空Ia超新星紅移發現了宇宙正在加速膨脹,意外的發現了宇宙在幾十億年前的緩慢膨脹已經被暗能量導致的加速膨脹所代替!
所以在未來宇宙的命運可能有兩個,一個是熱寂,也就是越來越膨脹中,所有天體的溫度都趨向於絕對零度,另一個則可能在暗能量的主導下,宇宙膨脹超過光速的大撕裂!因此在1998年以後,主導天體運動的因素有兩個,一個是代表上帝的引力,另一個代表撒旦的暗能量!
既然天體是運動的,為什麼月亮永遠一面朝著地球呢?這確實是個有趣的問題,用一句能噎死人的回答:「假如你抱著女朋友一起轉,請問你是否能看到你的女朋友的頭也在轉?」。如果你轉了一周,你也看到你女朋友的頭也轉了一周,估計這應該能嚇到你了!
月亮和地球就處在這種模式下,這種兩個天體的運動模式叫做潮汐鎖定,在太陽系中這樣的運動方式是非常普遍的,而冥王星和它的衛星卡戎卻真的是上文所說的抱著女朋友轉,因為它們兩個是互相潮汐鎖定!
這種模式形成的原因是,引力作用下天體有一種被拉長的趨勢,而這種趨勢會產生一個轉動方向上的逆向力阻止天體自轉,最終到與公轉同步!兩者之間的距離和天體的比例是其中最關鍵的因素,但這個過程可能會很久,因為潮汐引力逐漸消耗攪動量是一個漫長的過程,當然這些消耗的角動量不會跑掉,它會讓兩個天體逐漸相互遠離!
理論上史瓦西黑洞是一種理想的不運動的天體,自轉的黑洞成克爾黑洞了!但史瓦西黑洞只是一個計算方便假設的天體,事實上它的存在性是值得商榷的,不過這並不表示史瓦西算錯了,兩者沒有什麼關係!但它即使真的存在又如何呢?黑洞也會隨著這個星系的運動而不自覺的運動。
更大範圍呢是怎麼運動呢?宇宙又是咋個運動呢?
既然整個宇宙內的天體都在運動,那麼宇宙本身又是如何動的呢?這絕對是個有趣的問題,因為宇宙即代表所有,在它的「外面」沒有空間,也沒有時間,那麼如何定義運動?至少有空間和時間才能確定是如何運動的吧?
而從這一點來看,真正不動的可能就是宇宙本身,但科學家又告訴我們,經過他們巧妙的測量,宇宙可能是一個開放式的平坦空間,簡單的說它很可能是無限大的,這就讓定義如何運動的朋友傻眼了,無限大空間本身怎麼運動?