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地球为何悬浮太空数十亿年不掉?揭秘“永恒坠落” 这个宇宙大错觉

都会好奇的是很多人,地球那么大那么沉,在太空里怎么就不会掉下来。重物下坠的规律,我们在地面上早就习惯了,手里的苹果会落地

都会好奇的是很多人,地球那么大那么沉,在太空里怎么就不会掉下来。重物下坠的规律,我们在地面上早就习惯了,手里的苹果会落地,桌上的杯子没放稳就会摔碎,可在太空里飘了几十亿年的是地球这颗比130万个月球加起来还重的大家伙,既没撞向太阳,也没坠入宇宙深处,这到底是为什么?

其实两个日常直觉,一直带偏了我们对坠落的理解。首先是重量的误区,我们总觉得重的东西就该往下掉,可得有参照的是重量这东西。地心引力当参照,我们在地球上才能感受到重量,可到了太空里,没有一个足够大的参照系去承载地球的质量,它的重就没法体现出来,只能以纯粹的质量形式存在。

上下的定义,我们在地面上觉得脚下就是下,可这只是地球引力给的局部方向。到了太阳系,指向太阳中心的才是所谓的下,而在更广阔的银河系,被更强大引力牵引着的是太阳自己。绝对的上下,宇宙里根本没有,所以说地球会坠落,首先得说清它要坠向谁。

地球其实一直在往下掉,只是永远都够不着目标。大到难以想象的太阳对地球的引力,按道理地球早该沿着引力方向冲进太阳怀里。但正以每秒30公里的速度横向狂奔的则是地球。这个速度有多快?相当于一秒钟就能跑过30个足球场的长度。于是就出现了有趣的情况,30公里,地球每向太阳靠近3毫米就会横向跑出去,刚好把下坠的轨迹拉成了一个椭圆,绕着太阳不停循环。

很多人会说这是引力和离心力的平衡,其实这是个常见的误解。一种真实存在的力,并不是离心力,只是我们在旋转参考系里产生的错觉。地球不需要主动产生什么力去对抗引力,想让它沿着直线飞走的是地球的惯性,而刚好把它往回拉的是太阳的引力。这两种作用在太空中达成了动态平衡,既不会让地球飞远,也不会让它被拉走,轨道就这么稳定了下来。

太空的真空环境帮了地球大忙。地球刚形成的时候,围绕太阳旋转的尘埃和气体相互碰撞、聚集,给了地球一个初始速度。空气阻力,太空里几乎没有,这个初始速度就像存进了一个不会贬值的账户,不用任何发动机或燃料,地球就能一直带着这份动能旋转。像一个不会磨损的陀螺,只要一开始转起来,就能在无阻力的环境里一直转下去,46亿年下来,消耗的能量少到可以忽略不计。存进一个不会贬值的账户的,是这个初始速度。

我一直觉得,不管是微小的尘埃还是巨大的天体,都得遵守同一套物理法则,这就是宇宙的公平。地球的稳定不是什么超自然的安排,而是初始速度和引力的刚好契合,这种刚好才让生命有了扎根的可能。什么超自然的安排,都不是地球的稳定。如果有一天地球的公转速度突然降到零,太阳的引力会立刻占据上风,地球会沿着直线坠向太阳,计算显示,大概65天后就会和太阳相遇,化作一场壮观的宇宙烟火。上风,太阳的引力会立刻占据。

牛顿和爱因斯坦对这种现象的解释不一样,但结论是相通的。牛顿认为是引力和惯性的共同作用,爱因斯坦则觉得引力不是真正的力,而是质量把时空压弯后形成的效果。同一个核心,两种解释看似不同却都指向了,轨道运动本质上就是一种特殊的自由落体。太阳在四维时空里压出一个凹陷,地球沿着凹陷的边缘滑行,因为速度足够,滑出来的轨迹就是我们看到的椭圆轨道。

有时候想想,地球这种永远差一点的状态,倒有点像生活里那些恰到好处的平衡,不用拼尽全力,却能长久存续。不只是地球,类似的运动,整个宇宙里的天体都在做着。太阳正以每秒220公里的速度绕着银河系中心旋转,同时被中心的黑洞引力牵制着,整个银河系,也在本星系群的引力场里缓慢移动。尘埃亦或星系,没有哪个天体是静止的,它们都在某种形式的坠落中,靠着恰到好处的速度彼此环绕,织成了一张遍布宇宙的引力网络。

理解宇宙,我们总习惯用地面上的规则,却忘了宇宙有自己的运行逻辑。地球不会坠落,因为它顺应了宇宙的基本法则。