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为什么天体都漂浮在宇宙中,而没有下坠?

时间:2020-03-28 13:23:44 作者: 来源:51区未解之谜网 手机阅读

最早的重力理论

如果我们现在随便看看张玉舟的照片,我们很可能会看到许多天体似乎“漂浮”在空无一物的宇宙上。

当然,这些照片大部分都是经过艺术处理的,只有少数是真正拍摄的。然而,看到这些照片会让许多人明白为什么这些天体会“漂浮”在宇宙上而不会坠落。

我们有这个问题并不怪。事实上,如果我们只在地球上观察,在没有任何现代科学知识的情况下,我们会有这个问题。古希腊人对此感到疑惑,因为我们在地球上看到的是地球上的一切都在向地面坠落,但是当它太空时,天体没有下降的趋势,而是围绕着某个天体旋转。

因此,当时的人们提出了一套理论。他们认为月亮下面的世界,包括地球,是由水、火和地球四种元素组成的。其中,水和土更重,容易掉在地上。火和空气更轻,会远离地面,但不会跑到月球上方的世界。

月亮上方是由以太构成的。这就把天球的物理定律和地球的物理定律分开了。天球不需要符合地球的法则,所以不会坠落。事实上,这个理论最终被纳入地心理论,是地心理论的一部分。我们也可以把它理解为最早的引力理论。

这也就是亚里士多德的世界观,其要素之一是力是维持物体运动状态的原因。如果你想一直跑,你必须一直输出你的力量。

牛顿的万有引力理论

后来科学逐渐发展起来,一群以哥白尼为代表的学者提出了不同的观点,这在历史上也被称为哥白尼革命。然而,许多科学理论出现在那个时代,并没有得到统一。直到牛顿出现,这些新出现的知识才被有机地结合起来。同时,牛顿也证明了万有引力定律。

它还统一了地球上的物理定律和宇宙中天体的运动。这个常规理论可以解释当时看到的大多数物理现象,也可以预测它们。因此,牛顿是科学史上最伟大的科学家之一,只有爱因斯坦能与他匹敌。

根据万有引力定律和牛顿三定律,我们知道力是改变物体运动状态的原因。地球上的东西会因为地球的引力而落到地面上。地球围绕太阳旋转的原因是因为太阳和地球之间有引力,而且因为地球有一定的初速度,所以它使地球围绕太阳旋转。

在地球上,我们总是有一种“坠落”的感觉,这种感觉本质上是由重力引起的,是由强大的作用力引起的。如果我们分析地球,地球实际上受到重力的影响,其中最大的来自太阳,然后是其他天体。一般来说,地球的力的方向是指向太阳的,也就是说,对地球来说,“下落”是指向太阳的方向。

在我们的视野中,地球的“底部”没有任何力量,所以地球不会自然下落。

爱因斯坦的广义相对论

当然,我们也可以用另一个角度来理解这个问题。我们都知道今天的引力理论实际上是广义相对论。牛顿的引力理论只适用于弱引力场,而爱因斯坦的理论更为普遍。我们如何用广义相对论来理解这个问题?

这从狭义相对论开始。爱因斯坦通过光速不变原理和相对论原理推导出狭义相对论。在这个理论中,他统一了时间和空。他认为两者都会受到运动状态的影响。时间和空不应该彼此分开,而应该组合起来并称为时间空。我们生活在四维空中,介于一维时间和三维空之间。

后来,爱因斯坦想进一步推广狭义相对论,他发现根本没有重力。事实上,重力现象的本质是时间的弯曲空。让我们以地球为例。地球弯曲周围的时间空,而月亮实际上是沿着测地线的时间空移动。(测地线类似于二维平面中的直线,即两个时间点之间的最短距离空。)坦率地说,这意味着当触摸空时,它在移动,也就是说,当空时,它沿着“直线”移动。

同样,地球围绕太阳旋转的原因是太阳弯曲了周围的时间空,地球沿着测地线时间空移动。

因此,地球和其他天体沿着测地线时间空移动,所以它们没有向下的可能性。他们已经在沿着时间空的“地面”前进。

摘要

因此,天体似乎悬浮在宇宙中,主要是因为我们生活在地球上的错觉。在牛顿的体系中,力是改变物体运动状态的原因。地球对地球表面的物体有吸引力,这就是为什么我们觉得所有的物体都会“坠落”。然而,在太空的情况下,重力方向不是我们视野的下部,而是在天体之间的连线上,而地球的力方向实际上是朝向太阳的。事实上,在地球视觉的“底部”没有力,所以它不会下落。如果我们从爱因斯坦的理论中理解,事实上天体在附着时已经在移动空。

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