小史坑
牛頓定律
“是什麼力量讓星球都懸浮在太空中,它們會掉下去嗎?會掉到哪裡去呢?”,其實會有這樣的問題,還是因為沒有徹底地理解牛頓定律。所以,我們可以先來簡單聊一下牛頓到底說啥?
牛頓三定律概括下應該是這樣的:
第一定律:力是改變物體運動狀態的原因;
第二定律:力的作用效果是使得物體獲得加速度;
第三定律:力是物體間的相互作用,力的作用是相互的。
我們主要關注第一條就可以,我們可以想象一下,為啥地球表面上的物體會有往地面上掉的趨勢?按照牛頓理論,則是需要有個力從網下拽著。
其實這就是地球的“引力”,所以是有“力”的作用。
可太空並不是這樣的,太空可沒有某個“下面”的地方在給地球提供吸引力。因此,在太空中,其實失重的狀態。
所以,我們是因為生活在地球上,所以才會覺得如果沒有東西託著,東西就會往下掉,而忘記了之所以東西會掉落到地上是因為地球的引力。
在太空中吸引地球的,其實主要是太陽的引力,這是因為太陽的質量佔到了整個太陽系的99.86%,而根據萬有引力公式,萬有引力與質量的成正比。所以,要說地球要動,也是往太陽的方向靠,而不是所謂的往下掉,畢竟“下面”也沒有什麼大型天體在吸引。
只是因為地球具有一定的初速度,所以,地球才是繞著太陽轉,如果地球沒有初速度,那結果肯定是掉入太陽當中。太陽受到的是銀河系中心物質和銀河系內暗物質的吸引力,所以太陽帶著太陽系繞著銀河系運動。
引力的本質
剛才,我們解決的是“地球不回往下掉的”的問題。不過,可能你也要問了,那引力到底是什麼呢?其實對於“引力”的拷問,一點不亞於那些諸如“生命的起源”,“宇宙的起源”等終極問題。我們可以客觀描述一下,引力所描述的現象。說白了就是很多天體都繞著大質量的天體在轉動,而且這個轉還有個特點,不僅僅是簡單的圓周,而是橢圓軌道,
不僅是橢圓,這個橢圓軌道還會動。這也被我們叫做:進動。
不僅軌道會動,還天體們還都是繞著質心在運動。
對於這種現象,早期的學者是一頭霧水的。直到牛頓出現,才解決了大部分的問題。牛頓的萬有引力定律,其實能解決的是橢圓軌道的問題,也能解決繞著之心運動的問題。但是“進動”的問題,一直也沒有解決好。
如果,你要問牛頓,引力的本質到底是什麼?說實在的,他會跟你說:讓後來的人去解決吧。因為他確實不知道。而且由於牛頓的萬有引力定律當中沒有時間參量,所以牛頓認為引力是一種超距作用,具體來說就是,引力的傳播是瞬間完成的。如果太陽突然消失了,那太陽系所有的天體就會好像同時收到短信一樣,同時都沿著軌道的切線方向飛出去。
關於引力的本質問題,在牛頓之後200餘年,有個叫做愛因斯坦的科學家,開始著手研究,並提出了廣義相對論。他認為,地球是“被迫”繞著太陽轉的。為什麼這麼說呢?
他認為,時間和空間並不是分立的物理量,而是構成了三維時空,而光速就是三維時空的特殊屬性。
至於引力,說白了就是因為太陽的質量特別大,扭曲了三維時空。
為了方便描述,我們把三維時空投影到二維來描述。那地球之所以會繞著太陽轉,實際上太陽並沒有施加了所謂的“引力”。而是地球在沿著自己的路徑在運動,它其實就類似於地球在二維平面裡走直線,這是符合牛頓第一定律的,只不過在三維時空中這條路徑被太陽給扭曲了。
我們稱這種運動叫做沿著三維時空的測地線在運動。只是,從我們的視覺上看,它是在繞圈圈,對於三維時空而言,它其實是在“走直線”。
所以,在廣義相對論當中,愛因斯坦認為,引力的本質是時空的彎曲。而這個理論很好地解釋了“進動”的問題,並且在描述引力時,與現實的誤差甚至小於牛頓定律,也就是比牛頓定律還要精準。因此,愛因斯坦的廣義相對論成為了詮釋引力本質的主流理論。
所以,這也解決了開頭的問題,其實地球是沿著自己的路徑在運動,而這條路徑看起來就好像是地球繞著太陽轉一樣,地球並不會掉到哪裡去,因為它已經在“三維時空的地面上了”。
鍾銘聊科學
我們人類生活在地球上,這種腳踏實地的感覺非常的棒。但是當我們看到地球和月球以及太陽等等所有的宇宙天體都像是懸浮在宇宙之中頓時感覺很不可思議。星球為什麼都是懸浮在太空之中呢?四周什麼都沒有它們就不會掉下去嗎?
圖示:地球和月球看上去就像懸浮在太空中
為了瞭解這個問題我們先從地球開始說起吧!我們拿起一塊石頭只要一鬆手,它就馬上會掉到地面上。這是為什麼?這是因為石頭受到地球引力的影響掉到了地面上。如果你使勁把石頭扔出去,你會發現它在空中飛行一段時間後才掉到地面上。你扔石頭用的力氣越大,石頭具有的速度就越快,它在天空中飛行的時間就越長一些,那麼當這塊石頭扔出去的速度快到一定程度的時候,它是不是就不會掉到地面上了呢?
是這樣的。在地球上如果一個物體的速度達到了每秒鐘7.9公里的話,它就會一直在天上飛,不會掉到地面上來了。這就像在地球上空運行的人造衛星,它們看上去就像是在天空中懸浮著。地球的引力時刻想把它們從高空中拽下來,但是它們高速飛行的速度產生的離心力又想讓它們逃離地球的引力束縛。這樣衛星受到的地球引力和離心力之間達到了平衡的時候,人造衛星既不會從天上掉下來又會不會脫離噢地球逃掉。
圖示:“懸浮”在地球上空的人造衛星
再遠一些的月球也是這樣的。月球圍繞著地球旋轉,如果月球“掉下來”的話它就會掉到地球上。地球和所有圍繞著太陽旋轉的星球受到太陽引力的影響,如果它們“掉下去”的話就會掉到太陽上面。而銀河系中的恆星都在圍繞著銀河系的中心旋轉,如果銀河系的這些恆星“掉下去的”的話,它們會向銀河系的中心墜落。
圖示:銀河系數千億的恆星圍繞著銀河系中心旋轉
總之,像太陽這樣大質量星球的引力會讓圍繞著它旋轉的地球掉落到它上面,而地球呢,會以一個比較高的速度圍繞著太陽旋轉而避免自己向太陽墜落。這樣我們看到宇宙中的星球都好像懸浮在太空中,其實它們都是在高速的運動著的。
圖示;運動著的太陽系
大家認為是這個原因嗎?歡迎大家發表自己的看法,一起討論。
我就是兔斯基
是什麼力量讓星球都懸浮在太空中,它們會掉下去嗎?會掉到哪裡去呢?
事實上包括銀河系一起都在向某個方向掉落,但卻永遠都掉不到底,也許用無底洞來形容比較好!但在更小的範圍比如太陽系範圍來說卻需要用另一個模式來理解,但無一例外都是引力在起著作用,比如地球與太陽之間的唯一紐帶就是引力,那麼太陽巨大的身軀為何還未將地球拖入太陽?當然很明顯,與引力抗衡的是地球公轉產生的離心力所平衡!
如果您有興趣不妨可以計算下地球軌道上的太陽第一宇宙速度,公式很簡單:
V=√GM/R
G為萬有引力常數,M為太陽質量,R為地球軌道的半徑,以上參數都能查到;
計算後的環繞速度為:29740.317M,約合:29.74KM
很明顯這個速度在近日點和遠日點速度之間,因為地球公轉速度為30.3KM/S,超過了地球公轉的環繞軌道的速度,因此它跑出了一個近日點為1.471億千米,遠日點為1.52億千米的橢圓軌道!而太陽系所有的天體都在軌道上運行,並沒有脫離太陽系也沒有掉落太陽,處在一種平衡狀態!但太陽正在逐漸丟失質量,因此地球未來是逐漸遠離太陽,而未來太陽的白矮星時代地球還將更遠離太陽!
而太陽系卻如上圖這種好玩的模式以240KM/S的速度環繞銀心公轉,很明顯這個速度既不會讓太陽系逃逸也不會掉落銀心黑洞!
但在更大規模的宇宙尺度上,銀河系和本星系群一起正朝著拉尼亞凱亞超星系團的引力中心巨引源前進!不過在這2.5億光年的距離上,宇宙膨脹的速度會讓巨引源離開的速度超過4400KM/S,而銀河系的速度才600-800KM/S,因此並不需要擔心未來銀河系會落入巨引源!
星辰大海路上的種花家
是什麼力量讓星球懸浮在太空?他們會掉下去嗎?如果要掉下去,那麼哪裡是下面呢?我想起另一個問題。有異曲同工之妙,我都好好的站著,頭朝上,那地球另一面的人豈不是頭朝下了?太可怕了。可怕嗎?一點不可怕,為什麼,下面是指地球的中心。哦,解決了。地球上的人,人人都是頭朝上了。那下面是指地心是人為規定嗎?不是這是自然屬性。萬有引力決定的。下面是什麼情況?是所有的上面的東西的最終歸屬。上面的東西或人都會往下掉,除非有物擋住了。為什麼,是萬有引力讓這些東西往下掉。那萬有引力會使這些星球往下掉嗎?
有可能?那往哪裡掉?掉到他們的萬有引力中心。什麼意思?那我們就慢慢來看,先看近的以我們地球為中心,有哪些星球。會掉?經過我們地球的一些流星。少男少女們不是喜歡對著流星雨來許願嗎?這就是一些很小的天體掉下來,在大氣中燃燒劃出的亮光。如果再大一點,比如小行星,掉下來就會釀成大災難。如6500萬年的小行星墜落導致恐龍的滅絕。那地球旁邊的月亮為什麼沒有掉下來呢?那是因為月亮有個速度,他是以一定的速度圍繞著地球運轉。正好抵消了讓他掉下來的引力。而他又沒有速度達到很快,使得逃離地球。就這樣月復一月,年復一年的圍繞地球轉,不離不棄!太陽系裡其他行星的衛星也是這樣繞著他們各自的行星轉。
太陽系誰的引力最大?自然是太陽,太陽的質量佔整個太陽系質量的99.86%,擁有絕對的權威,所有的行星大大小小,有衛星的還要各自帶著自己的衛星一起繞著太陽轉,還有彗星等一起轉,要是誰偷懶,轉的慢就會掉下來,掉到太陽上去。太陽決不客氣!
那太陽呢?會有地方掉嗎?有!哪裡?銀河系中心啊!太陽帶著整個太陽系以每秒數百公里的速度狂奔。大約2億年以上繞銀河系一圈。這樣才不至於掉落到銀河系中心去。
而整個銀河系也是繞著本星系群轉。現在我們知道了,因為萬有引力使得星球有可能掉下去(引力中心),因為有了公轉的速度,又使得星球能完好無損地繞著其系統的中心公轉!當然這期間自然有些不小心掉隊。那就對不起了,掉下去了。如果又有誰由於某種原因突然跑的太快了。那可能是跑到外面去遊蕩了!
上海楊蔚
我們都有這種疑惑,為什麼宇宙中的星球都是飄起來,而不是掉下去呢?但是這裡的“掉”只是我們自己所處環境當中才具備的一個“動作”而已。
在地球上所有物體都受萬有引力作用,所以所有的物體都會被地球吸引,當物體失去向上👆 的力使他們就會發生向地球的運動。
那麼為什麼我們的地球沒有掉到太陽上,太陽也沒有掉到銀河系呢?
其實答案非常簡單,就是這些星球本身都在運動。不論是地球還是太陽還是宇宙中的每一顆星球無時無刻不都在改變自己的方位,地球是會向下墜落的,太陽也是會向下墜落。
比如地球受到了太陽的引力,那麼應該朝著太陽的方向墜落,這是兩顆星球之間相互的引力,但同時地球又無時無刻的在自身旋轉,可以看做一種想要逃離太陽的力,這就印證了牛頓的萬有引力定律。它們在運動時所具掉備的能量,恰好可以抵消掉更大的天體對它們的吸引力,所以宇宙中的星球才不會掉落。
宇宙中的星體都處於萬有引力作用下,天體運動是處於萬有引力作用下典型的圓周運動。
星球都在不停地自轉,所以星球表面上的物體所受萬有引力F有兩個作用效果:一個是重力G,一個是向心力fn。它們之間的關係是:F=G+fn,由此可以看出F是G和fn的矢量和。所以可以抵消天體對星球的吸引力,星球就不會掉下來更不用提會掉在哪了。
星球上的科學
大海泛起的泡沫,是隨波逐流的。因為,泡沫的運動狀態是由無數個水分子對其的碰撞💥所決定的。
如果我們只是一條小魚🐟,眼睛👁️只看見泡沫的浮動,就會不由自主地產生疑問🤔️,即水泡為什麼會漂浮在太空中呢?
在經典力學產生之前,人們對天體在天空中的運動,也會產生出此類問題。當時盛行地心說,地球🌍為宇宙的中心,一切天體都圍繞著地球做圓周運動。於是,人們將天體繞地球的運動,歸結為天體的自然屬性。
然而,到了經典力學時期,牛頓根據前人的觀測和歸納,提出了萬有引力公式,認為各種天體的運動,都是它們彼此相互吸引所決定的。於是,包括太陽🌞和地球在內的所有天體都是運動的,它們圍繞著彼此的質心做相對運動。
牛頓建立的經典力學,是忽略了物理背景的理想物理學。該理論只考慮了物質的內在屬性,卻忽視了物體的外在環境。這就好像小魚只看見了泡沫的運動,而沒有感覺到海水🌊的存在。於是,小魚將泡沫的運動完全歸結為泡沫的屬性。
此外,作為超距的萬有引力,牛頓並沒有給出其具體的物理機制,即沒有告訴我們兩個存在著一定距離的物體究竟是如何產生萬有引力的。
進入到了二十世紀,由於普朗克常數h的被發現,以及該常數的量綱為粒子的角動量,說明在我們的宇宙中,充斥著不可再分的最小粒子——量子,由這些量子構成了宇宙的物理背景即量子空間。
稍後,盧瑟福利用阿爾法粒子撞擊原子,發現只有極小比例的粒子被原子反彈了回來。這說明原子中的絕大部分空間都是空的,原子的體積僅只是由電子高速運動所形成的封閉體系,即物質是不實的。物質只是由高能量子所組成的封閉體系。
因此,我們的宇宙真的就如同是一個量子海洋,而物質僅只是由量子構成的泡沫。於是,物質的運動,除了其初始運動外,還會受到量子空間的影響,在量子空間中隨波逐流。
如果量子空間是完全對稱的,即其分佈是平直和均勻的,則物質應該是靜止地漂浮在量子空間中。
然而,如果量子空間因物質的存在,形成了不對稱的分佈,即形成了各種不同的場,則對於另一個物體來說,就需要由相應的運動來平衡量子空間的不對稱。
這就是受力情況下的物體運動,對於該物體來說,其運動的狀態是最大限度地與量子空間保持一致,即保持空間量子對其的對稱性碰撞。
總之,天體之所以會在空中漂浮,以及不同的天體進行著相對的運動,是因為空間充滿著不可再分的量子。而且,天體的自然運動狀態,就是空間量子對其的碰撞被相互抵消的狀態。
淡漠乾坤
以地球為例,如果地球要往下掉,它只會掉進太陽當中去,然後成為太陽的一部分。
事實上太空當中是沒有方向的,因為方向的產生的原因是引力,引力的指向就是所謂的下面。
例如地球的引力是指向地球中心的,這個引力會將所有的物體都拉向地面,而引力指向相反的方向就是所謂的上面,於是上下的概念就這麼產生了。
那麼同樣的道理,太陽系的引力是指向太陽中心的,那麼地球之所以沒有掉進太陽裡面,是因為地球無時無刻都在公轉,而公轉產生的離心運動可以和太陽的引力達成平衡。
所以天上的那些星球並不是懸浮在太空當中,而是各自繞所在的恆星高速運動,否則它們就會被恆星的引力所吞噬。
然後恆星也是一樣的,銀河系的中心存在一些黑洞,這些黑洞的引力將諸多的恆星束縛在自己的周圍,那麼包括我們的太陽在內,諸多的恆星都在圍繞銀河系的中心進行旋轉。
例如太陽的公轉速度大約在220公里每秒,以這個速度繞銀河系一週大約需要2.5億年左右,考慮到太陽系的壽命大約在50億年左右,所以太陽已經繞銀河系公轉20圈了.......
種植恆星
也許所有星球都在下落。我們所能看到的一切東西,甚至是空間都在向著一個方向運動。我們甚至無法找到一個參照物來證明這種運動的存在。宇宙那麼大,誰都不知道還要下落多久才能掉到地上。但是,這種運動還是留下了一些蛛絲馬跡滴。
想象一下,我們呆在一間小黑屋裡,這間小屋的屋頂有個鉤子,鉤子上拴根繩子,繩子用恆力把小屋向上拉。於是在外面看小屋在做勻速直線運動。不過屋子裡的人不會看到這種運動,因為所有的一切都相對靜止。假設他的手上拿著一隻蘋果,這時他一鬆手,蘋果便落向了地面。為了解釋這個現象,他認為蘋果受到了地面的吸引。於是,便有了萬有引力和慣性定律。值得注意的是,在小屋以外的地方看,並不存在萬有引力,也沒有所謂的慣性,因為鬆手之後,蘋果沒有按照慣性繼續隨小屋移動,而是改變了運動方向。
小黑屋的故事告訴我們,如果把浩瀚的宇宙看成是一個小黑屋,那麼我們所看到的一切都懸浮在空間中,因為我們必須在宇宙中找一個點作為參照物。但如果我們能跑到宇宙之外的地方觀察宇宙的話,我們會看到整個宇宙都在運動,而且正是這樣的運動使得宇宙中的物體之間產生了引力。這裡說的是廣義相對論的基本思路。我們習慣於假定宇宙空間是靜止的,於是就弄不明白為什麼所有的星球都老老實實地懸浮在宇宙之中。
日衝信息 黃
我們站在地球上如果跳起來,那麼最終會落回地面。為什麼,相信很多人都知道答案,那就是引力!也就是說,物體往下掉是因為引力的作用。那麼我們回過頭來看題主的問題,答案就不言而喻了。那就是星空中的星球,並沒有受到一個往下的引力!所以不會掉落。
但其實這麼說有一點小問題,就是處於某個恆星引力範圍內的行星,其實是受到引力的。但為何它沒有掉落向該行星呢?答案很簡單,那就是行星在圍繞恆星運動,其運動的離心力和引力相等,所以掉落不下去。不過,這裡面我們是把主引力源定義為下了。但是,宇宙本身有沒有一個對於所有星球都可以稱為下的方向呢?
答案是:以我們三維的時空觀來看,沒有!三維時空中,我們區別方向依靠的是參照物,離開參照物,我們根本就不跟清楚東西南北、上下左右。因為空間中三個維度是各項同性的,所以空間中任何方向都一樣,沒有區分,除非我們人為定義。既然三個空間緯度一樣,那也就沒有上下之分,所以嚴格來講,星空中星球就不存在“掉下去”這個說法,因為宇宙沒有下這個方向!
但如果我們以四維時空觀點來看,那麼其實可以發現,星空中的星球把空間壓“凹陷”了,這也是愛因斯坦解釋引力來源的原因。那麼這個所謂的“凹陷”針對誰說的呢?絕對不是我們的“長、寬、高”三維。因為這三個維度上,空間都“凹陷”了。那麼無疑,這個所謂的“凹陷”針對的是第四維,或者高維。
也就是說,高維可以作為我們三維的參照,從而區分出來上和下。那麼,這個下指向的就是高維,所以如果物體的質量夠大,像黑洞那樣,它就可以像落入一個無限深的空間之洞一樣,掉落其中。當然,如果高維真的存在,那麼黑洞或許就是鏈接高維和我們維度的空間之門,就像電影(星際穿越)裡面的黑洞那樣。
科學探秘頻道
我們習慣了分別上下左右,不過在宇宙中,你無論是朝下還是朝上,你的感覺都是一樣的,不會因為頭朝下就難受,所以上下左右在宇宙中就沒有了意義了。
你說,星球都懸浮在太空中,你這無意中已經劃分了上與下,認為太陽及其一眾行星都是在太空中,我們看到的圖片都是靜態的,如果你可以實時的以上帝視角觀看整個宇宙,你會發現,宇宙處在永不停息的運動之中。
地球以每秒30公里的速度繞著太陽飛,因為不飛就要撞上太陽上去,對於地球而言,它的下是太陽。太陽系以每秒240公里的速度繞著銀河系中心飛,同樣的不飛也會撞上銀河系中心黑洞上去,對於太陽系而言,它的下就是銀河系中心。
宇宙的大尺度結構像是纖維狀的,星系群星系團縱橫交錯,引力是編織這種纖維結構的羅網,暗能量、暗物質在暗地裡起著重要的作用,它們共同作用下形成了宇宙如今的面貌。
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