地球的重量為60萬億億噸,為何能懸浮在太空中,而沒有向下掉落?

1968年,在偉大的阿波羅登月工程中,阿波羅8號宇宙飛船在月球軌道上拍攝了一張著名的“地出”照片;1972年12月7日,同樣是在阿波羅登月工程中,阿波羅17號宇宙飛船在飛往月球圖中,回頭為地球母親拍攝了一張全身照,這張全身照就是著名的“藍色彈珠”照片;1990年2月14日,著名的旅行者1號探測器在64億公里為地球拍攝了一張照片,在這張照片中碩大的地球只有一個畫素般大小。2017年10月2日,美國發射的“奧西里斯-雷克斯”探測器飛到距離地球500萬公里的太空,為地球和月球拍攝了一張合照。

地球的重量為60萬億億噸,為何能懸浮在太空中,而沒有向下掉落?

從這些人類拍攝的宇宙照片來看,我們生活的地球就像漂浮在太空中一樣,不僅我們生活的地球,其他星球看起來也像是漂浮在太空中,這就有點矛盾了,因為生活在地球上的我們,每時每刻都能夠感覺受到一個“向下”的力,而且這個“力”與物體的重量有關,也就是說物體的重量越大,那麼受到“向下”的力就越明顯,當然即使質量很輕的物體,它也會向下掉落,比如一根0。1克的羽毛,從半空中拋下去,同樣會掉落到地面,問題來了,我們地球的質量是60萬億億噸,比一根羽毛的重量要大多了,那為什麼地球可以飄在宇宙中沒有向下掉落呢?要想弄清楚這個問題,我們就需要從牛頓創立的三大定律和萬有引力定律進行分析,透過這兩個定律我們可以知道,在地球上,如果一個物體沒有受力或者合力為零的時候,這個物體就靜止或者做勻速直線運動。比如在地球上站立的人,它站著的時候受到地球引力作用,所以他是相對靜止的,但是如果這個人突然跳起來,他除了受到地球引力影響以外,還會受到地球自轉向心力的影響,由於地球引力和地球自轉向心力都是垂直向下的,所以這個人不管是站著不動,還是跳起來,他始終會感覺受到一個“向下”的力,地球上任何物體的受力情況都是這種情況,所以當我們看到物體向地球表面掉落的時候,就產生一種萬物“向下墜落”的錯覺。

地球的重量為60萬億億噸,為何能懸浮在太空中,而沒有向下掉落?

然後我們再來看看地球,要知道地球有沒有“向下墜”,首先我們要弄清楚地球底部有沒有受力,其實並沒有任何力量拖著地球往下墜落,甚至在宇宙中地球根本沒有底部之說,因為整個宇宙沒有任何參照物可以為地球提供方向感,如果非要給地球強行給一個底部,那地球的底部方向應該就是太陽,因為地球是受到太陽的引力而運動的,地球的初速度產生的慣性力和太陽的引力形成平衡,所以地球能夠圍繞太陽做橢圓軌道的運動,如果地球慣性力消失,那麼地球就會朝著太陽方向墜落,因為太陽就是地球的“底部”。這種情況在地球也普遍存在,比如發射到太空中的宇宙飛船和人造衛星,由於它們的初速度達到了第一宇宙速度,也就是7。9km/s,所以這些宇宙飛船和人造衛星能夠圍繞地球公轉而沒有墜向地球,如果這些宇宙飛船和人造衛星的速度消失了,由於受到地球引力的影響,它們會向地球方向墜落,所以相對於宇宙飛船和人造衛星來說,地球就是它們的“底部”,這與地球圍繞太陽公轉是相同的情況。

地球的重量為60萬億億噸,為何能懸浮在太空中,而沒有向下掉落?

牛頓創立的萬有引力定律解釋了宇宙萬物的運動規律,但是它卻無法解釋其中最重要的一個知識點,那就是引力到底是如何產生的,牛頓晚年一直致力於研究引力產生的原因,但是還是以失敗告終。而近代以來,物理學取得重大突破,特別是愛因斯坦創立的廣義相對論,似乎合理解釋萬有引力產生的原因,而且愛因斯坦創立的相對論在解釋引力產生原因的同時,也可以解釋地球為什麼可以漂浮在太空中。愛因斯坦認為,時間和空間並不是獨立的,時間和空間合併之後可以形成一個更高級別的概念,那就是時空,我們人類就生活在這個時空裡面,其他生物分別生活在一維、二維和三維空間裡面,而人類生活的時空為四維空間。愛因斯坦在廣義相對論裡面表示,其實引力並不存在,平時我們經常提起的萬有引力其實就是時空彎曲,怎麼理解呢?也就是凡是有質量的物體,都是在這個物體的周圍形成時空,而且質量越大的物體,形成的時空就越大,當然質量必須足夠大的物體產生的時空彎曲才明顯,比如地球,月球為什麼能夠圍繞地球進行公轉?

地球的重量為60萬億億噸,為何能懸浮在太空中,而沒有向下掉落?

那是因為地球巨大的質量讓它壓彎了周圍的時空,月球沿著彎曲時空最短的距離進行運動,這段距離叫做“測地線”,這樣就形成了地月系。同樣的道理,地球和八大行星能夠圍繞太陽進行公轉,是因為太陽巨大的質量壓彎了它周圍的時空,地球和八大行星圍繞太陽時空彎曲的測地線進行運動,於是就形成了太陽系。從牛頓第一定律來看,地球並沒有受到任何力量的影響,它只是在彎曲的時空裡面做勻速直線運動而已。所以從愛因斯坦創立的廣義相對論來看,時空彎曲並沒有讓地球產生“下墜”的趨勢,也沒有任何力量拖著地球往下墜落,所以談論地球有沒有向下掉落是沒有意義的。