如果人類居住在直徑上百億公裡的星球,能知道住在球狀天體上嗎?

2021-01-09 優美生態環境保衛者

地球是人類賴以生存的美麗家園,從古自今,關於我們這個家園的認知,是隨著科學技術水平的不斷提升而逐漸深化的。從古代的天圓地方、視地球為宇宙中心的認知,演變為太陽是宇宙的中心、地球是圍繞其運行的球體,再到現在的包括太陽系和整個銀河系,都在圍繞著巨大的引力源作周期性運動,這種認識上的變化,一方面取決於人類對未知事物的孜孜不倦的追求,另一方面也得益於科學技術水平的飛躍。那麼問題來了,假如我們居住在一個直徑百億公裡的星球上,我們還能否知道自己處在一個球狀天體之上呢?

人類探知地球是球體的方法

自古以來,無數的仁人志士對於未知現象不斷追求的精神,一直推動著人類科學技術的進步和飛躍式發展,從以前想都不敢想的程度,僅用了一二百年的時候,就形成了可以「上天入地」的科學探測技術體系,雖然與整個宇宙的博大、以及地球本身的神秘相比,我們的科學技術對於全面認知的差距還非常遠,但是以人類的聰明才智和智慧的發展,越來越多的關於宇宙運行和發展的規律、包括我們地球自身更多的奧秘,都將逐漸揭開其神秘的面紗。

而關於地球是否是球體的爭論,從很久以前就已經開始。在古代社會,由於人類認知水平的限制,人們往往習慣於天圓地方的傳統觀念,習慣於日月星辰圍繞著地球東升西落的固有思維模式,在很長的時間內都沒有地球是球體的概念,而是傳統性地認為地球是一個平面承載。後來隨著人類航海技術的進步,以及數學領域和觀測技術的提升,逐漸對傳統觀念展開了挑戰,也慢慢地改變了人們對地球形狀的認知。從歷史資料中可以進行一下總結,人類對地球是球體的觀測論證,主要包括以下幾種方式:

觀測船隻法。這也是最初使得人們對地球形狀發生質疑的一種現象,當處在海洋之中、距離我們很遠的船隻靠近時,我們會率先看到船隻的桅杆,然後再逐步顯現船隻的主體,船隻的出現順序是從上至下順序出現。而當船隻遠離時,這種在人眼可視程度之內消失順序,與船隻靠近的時候正好相反。這使得人們開始萌發了地球不會是一個簡單的平面,而是球面形態的觀念。天體投影法。公元前500年左右,古希臘數學家畢達哥拉斯,首先提出了大地是球形的設想,認為在所有的立體圖形中,球形是最完美的,地球也不應該例外。公元前400年左右,古希臘科學家和哲學家亞里斯多德,對大地是球面進行了首次論證,論證的方法是通過觀察天象,根據月食時地球在月球上的投影,即月球上被遮住的影子為圓形或者邊緣帶有明顯的弧線,推測出地球為球體。環海測量法。15和16世紀時,葡萄牙航海家麥哲倫率領船隊,成功環繞地球航行一圈,為地球是球形提供了有力的證據。萬有引力法。17世紀末期,英國物理學家牛頓發現了萬有引力理論,並且在世界許多地方進行了地球重力常數的測定,結果發現各地的差異非常小,如果地球的形狀不規則,則不會出現這種情況。而且根據測量和計算的結果,認為地球應該是一個赤道半徑比兩極半徑稍大一些的扁球體。地球衛星觀測法。隨著人類科學水平的飛躍發展,上世紀50年代向外太空發射了第一顆人造地球衛星,不但傳回了地球在宇宙中的形態圖像,而且通過測量還精確地計算出了地球的半徑,其中赤道半徑為6378140米、兩極半徑為6356755米,地球的扁率為 1/298。如果人類居住在直徑上百億公裡的星球上

現在先不談地球能不能變為直徑上百億公裡,而是假定地球的直徑就有這麼大,那麼人類能否知道地球是球體,我們可以應用以上歷史上的方法,逐一進行一下判定。

首先,看一下船隻觀測。船隻之所以在移動的過程中,能夠引起人眼可視範圍內的變化,得益於地球表面的弧度。按照目前地球的半徑6378公裡來計算,人的高度為1.7米,根據勾股定理,人類用肉眼能只能看到4.6公裡遠的地方,也就是說船隻在4.6公裡這個臨界點的變化,假如天氣狀況良好,4.6公裡處的情況在我們的視覺中可以很明顯的體現出來。而如果地球直徑增加到百億公裡級別,相當於增加了100萬倍,這個臨界點與人體的距離,可以通過((R+1.7)^2-R^2)^(1/2)計算得出,其值也會相應增加到約幾百萬公裡之處,遠遠地超出了人類的可視範圍。因此,這種觀測方法無法判斷。

第二,看一下天體投影。假如地球直徑增加百萬倍,那麼地球對衛星的萬有引力也會相應明顯增加,衛星必須要增大與地球之間的距離,否則就會被地球的引力吸引墜落。在這種情況下,即使發生月食,那麼由於地月之間的距離被放大許多許多倍,應用肉眼肯定是無法觀測得到了,只能藉助於專門的天文望遠鏡才能夠看清楚月食的變化情況,只不過,在月球上的投影,由於太陽光線所經歷的路線非常長,月球上的投影對比度勢必會變弱很多,觀察起來難度極大。這就像我們觀察距離地球很遠的其它星系中的行星一樣,其表面的亮度變化並不明顯。因此,這種觀測方法的可靠性也不好判定。

第三,環海測量。以目前我們地球上船隻的航行速度,如果要圍繞一個直徑大地球100萬倍航行一圈,所需要的時間,自然也要比現在長100萬倍,這個空間跨度和時間長度,沒有哪一個科學家或者航海家能夠完成,自然這種方法也發現不了地球是球體。

第四,萬有引力測算。地球的直徑如果增加100萬倍,如果密度還是現在這樣的情況,其質量就會增加10^18倍,那麼根據萬有引力公式可以計算出地球表面的重力加速度,g=GMm/r^2,那麼重力加速度也會相應增加100萬倍。其實在這個狀態下,任何生物都不會生存下去的。而如果能夠生存,那麼處在不同區域的人們,可以根據測算的重力加速度值,計算出此處距離地心的距離,從而可以驗證地球整體是一個球體的結論。

第五,最後看一下衛星觀測。在地球質量增加的同時,其第一宇宙速度也會相應發生改變,可以通過GMm/r^2=mv^2/r,測算出衛星發射所必須具備的第一宇宙速度,也要在現有7.9km/s的基礎上增加到790萬公裡每秒,這個速度都遠遠大於了光速,因此不可能發射成功衛星,也就無從進行觀測了。

地球變不了那麼大

地球乃至太陽系的形成,得益於太陽系形成初期,眾多星雲物質的不斷聚集而成。其中太陽系的核心由於處於絕對優勢地位,所以吸引的星雲物質越來越多,內核溫度也越來越高,從而激發了內部的核聚變反應,形成恆星。而在距離太陽由近至遠的軌道內,分別聚集形成由較重物質和較輕物質構成的固態行星和氣態行星。

而關於行星的形成過程,其初期和太陽並無二致,都是萬有引力作用的結果。而行星能夠聚集物質的多少,一方面取決於星際空間中能夠被引力捕獲的物質多少,另一方面取決於自身的質量限制。其中,能夠捕獲的物質多少很好理解,因為大部分的星際物質都被太陽的引力所捕獲,因此行星所能增大自身重量的外來物質並不多。

至於自身質量的限制,則是決定一個行星上限的根本原因。太陽之所以能夠形成恆星,關鍵在於吸引物質越來越多,自身的引力向內不斷地壓縮著內核,使得內核的溫度和壓力都非常大,從而激發了氫元素的聚變臨界,而質量越大的恆星,其內核核聚變的程度就會越大,能夠形成結合能更高的重物質。而行星能夠維持球體的狀態,也是由於內核所釋放的輻射能,與自身外層向內的重力相平衡的結果。如果質量持續增大,向內的重力就會越來越大,從而會打破這種平衡狀態,於是發生塌縮從而演變為其它的星體。

據科學家們測算,假如地球的質量比現在增加500倍左右,其在形成過程中就不會成為固態行星,而是會被太陽風吹到木星的位置形成氣態行星。而質量增加到現在的2.6萬倍就會在劇烈塌縮產生的溫度和壓力下,激發內核的核聚變反應,演化為初級恆星。如果質量增加到40萬倍時,其恆星會繼續塌縮形成中子星。當質量增加到目前的100萬倍左右時,就會塌縮形成黑洞。因此,假如地球像問題所說的那樣,直徑增加上百億公裡,理論是不可能的,因為早就被巨大的重力塌縮成黑洞了。

總結一下

地球的直徑增加到上百億公裡,出發點是好的,這無形中會給人類增加多少的自然資源和能量呀。但是現實很殘酷,在這個級別,地球就會因巨大的重力無限地塌縮,其歸宿只能是黑洞,而且還是個巨型的黑洞,這個情況下一切信息歸零,地球也就失去了自然狀態下的所有形態,當然更不會有任何形狀的概念了。

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    題目所說,如果人類文明誕生在直徑百億公裡的星球上,是不是永遠也不會知道自己住的是球狀星體呢?如果問題是這樣的話,那麼上面說的就已經可以回答了,慢慢的,人類就可以根據望遠鏡觀測手段以及航海手段知道星體是球形的了。按照我理解的,此題還有延伸的意思。
  • 如果地球直徑達到上百億公裡,人類還能知道地球是圓的嗎?
    那麼問題來了,假如我們居住在一個直徑百億公裡的星球上,我們還能否知道地球是球狀天體呢?,因為地球再大或再小在人的眼裡它都是平的,如果地球直經上百億公裡,南方到北方的距離,按汽車的速度估計要走500年才能到達,按飛機的速度,估計也得飛200年。
  • 如果地球直徑變成百億公裡,人類會不會永遠不知道地球是個球?
    人類科學的發展伴隨著我們對地球形狀以及地球在宇宙中位置的了解,但是在科學的認知方法出現之前,我們人類總是會通過直覺去判斷一件事物,於是我們就認為地球是平的,因為我們不管在哪裡看,不管站在多高的位置上都能看到遙遠的地平線,不僅如此,我們看到的地面也是一個平面,所以古人認為天圓地方,天空就是扣在地面上的一口大鍋。
  • 如果地球直徑變成百億公裡, 人類會不會永遠不知道地球是個球?
    於是我們就認為地球是平的,因為我們不管在哪裡看,不管站在多高的位置上都能看到遙遠的地平線,不僅如此,我們看到的地面也是一個平面,所以古人認為天圓地方,天空就是扣在地面上的一口大鍋。現在我們知道,地球並非是一個平面而是一個球體,它也並非是宇宙的中心,而是在圍繞太陽運行,地球只不過一顆普普通通的巖石星球。能有這樣的認知,完全得益於人類科學的發展,那麼如題所說,把地球的直徑擴大到百億公裡,我們利用現在的認知還能否知道地球是個球形?
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  • 如果地球直徑高達百億公裡,人類還能發現地球是個球嗎?
    人類發現地球是個球已經很久了,怎麼說都有2000多年的歷史了吧,但在這個衛星和飛船天天都在天上亂飛的時代,其實還有人覺得地球是平的,不過話說回來,如果地球超級超級大,那麼是不是真的就沒法發現地球是個球了嗎?
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