星球为什么能浮在宇宙中?
为什么星球能浮在空中?这个问题也同样困惑着现代人类,由于人类是生活在地球上的认识物种,一切地球上的各种表象一直忽悠着现在人类的意识。认为宇宙中一切事物都等同于地球上的自然现象,结果出现了宇宙中星系之间悬浮的现象迷惑着人类意识。
宇宙中每一个星球之间真是悬浮的吗?真的是象人类认识的那样吗?事实中我们人类所知道电子总是绕着核子转,它们粒子之间也是有空隙有一定距离的。倘若宇宙中有一种比粒子少亿亿万万倍的物种存在,它们同样会认为电子与核子之间的球体有千万里路远。而我们现在也知道物质是有粒子组合的,以一块石头为例,那块石头平平整整的有千千万万粒子所组成,我们从来没有看见那石头中粒子是有那么大的裂缝,也没有看见那些粒子间有多少缝隙。而比粒子少亿亿万万倍的物种,却认为那核子电子间有不可逾越的鸿沟,甚至它们认为这些粒子球体是神奇的悬浮。这也是人们看见宇宙中各星球之间为什么会悬浮的原因,倘若在世界上有一种物种比宇宙大亿亿万万倍的物种,那么它们用最好的显微镜还要放大亿亿万万倍,也难以在这个宇宙中找到星球与星球之间是否有缝隙,它们只想在我们这个宇宙中钻一个小小的洞,找到一个缝隙点实在难上难,它们用小的微针钻头,都怕把这个宇宙钻裂,那最小的微针规格也相当于宇宙的三分之二大,稍不留神宇宙就破例。这也说明所谓宇宙中星系星球间有缝隙,甚至是悬浮在空中,这也只能是人类与宇宙之间这样的大小比例下的想象而已。
我们人类生活在地球上,这种脚踏实地的感觉可真好。然而地球、月球、金星、水星和太阳等等星球看上去都是"悬浮"在虚无缥缈宇宙中。这些星球都是这么的"重"怎么会浮在宇宙中的呢?我想很多朋友都会有这样的想法,觉得这很不可思议。
宇宙中星球
关于这个问题,我们不妨反过来考虑,"这些漂浮在宇宙中的星球会掉下去么?"咱们从生活当中最简单的现象开始讲起吧。我们弯腰从地上捡起一块石头,然后只要一松手石头就会掉到地上。我们知道这其中的原因。石头受到了地球的引力影响而掉到了地面上。
如果我们用力把这块石头扔出去,你会发现什么呢?石头会在空中飞行一段距离后才落到地面上。如果我们用更大的力气扔石头呢?很显然石头会飞上更远的一段距离再落到地面上。我们在加把劲扔石头呢?石头是不是飞得更远一些,在空中停留的时间会更久一些呢?为什么会这样呢?我们用更大的力气将石头扔出去,是赋予了石头更快的飞行速度。
扔石头的小孩
你是不是在想,如果我们给石头的速度足够快,它会不会一直飞下去而不会落到地面上呢?这个问题牛顿也思考过。牛顿想啊,要是在高山上架上一门大炮,只要这门大炮的威力足够大,炮弹的速度足够快。炮弹就会围绕着地球不停地做圆周运动而不落到地面上。后人把这门神奇的大炮叫做牛顿大炮。
那么炮弹需要多大的速度才能永远不会落到地面上呢?牛顿计算出这个速度是7.9公里/秒,即第一宇宙速度。当炮弹速度达到7.9公里/秒的时候,它就不会落到地面上了。我们在地面上观察这枚炮弹,它是不是一直"悬浮"在空中了呢?
牛顿大炮
利用这个原理,我们现在把人造卫星送到了太空中。下一步我们再观察地球上空的人造卫星。人造卫星位于地球上空几百公里到几万公里不等的外太空中。特别是位于地球静止轨道上的人造卫星,它们相对于地面来讲是静止不动的。它们怎么浮在太空中不掉下来呢?原来它们看似不动,实则是在以3.07公里/秒的速度围绕着地球转动。它们跟牛顿大炮发射出去的炮弹一个道理。哪一天如果这些人造卫星动力不足速度降下来了,它们就会坠落到地球上了。
地球上空的人造卫星
同样的道理,距离地球38.4万公里的月球也是这样的。漂浮在宇宙中的月球也在围绕着地球转动。月球围绕地球的公转平均速度是1.023公里/秒。从地球上看,月球和人造卫星的区别无非就是月球比人造卫星更"高"一些。它们都是在围绕着地球转。如果它们掉下来都是要掉到地球上的。
地球和月球
那么地球、金星和水星等这样的行星呢?它们会掉到哪里呢?很显然,它们是在围绕着太阳旋转。地球围绕太阳公转的平均公转速度是29.78公里/秒。而距离太阳最近的行星,水星的平均公转速度是47.87公里/秒。地球、水星和太阳系内的一切天体看似浮在宇宙中,实则它们都是在围绕着太阳飞快的旋转,就像是人造卫星围绕着地球旋转一样。如果它们的速度不够快就会发生坠落掉到太阳上面。
水星和太阳
太阳系中的星球为什么没有掉落到太阳上面呢?太阳系内的天体都会受到太阳的引力影响,有坠落到太阳上的趋势的。因此它们要想不被太阳的引力拉过去,就得保持一定的速度围绕着太阳转。这样星球公转产生的离心力和太阳施加的引力达到了平衡,它们就"浮在"宇宙中而不会掉到太阳上面了。它们也是牛顿大炮打出去的炮弹。
太阳系天体的运动
我们搞明白了太阳系中的星球为什么能够浮在宇宙中,那么其他恒星身边的星球也是一个道理的。太阳和银河系中的所有恒星又在围绕着银河系的中心转动。太阳围绕银河系中心的公转速度大约220公里/秒。其它星系的恒星亦是如此。它们同样是牛顿大炮打出去的炮弹。
银河系天体的运动
银河系和附近的星系又受到本超星系团中心的引力影响。据科学家观测,银河系和所在的本超星系团正在以每秒钟600公里的速度奔向宇宙中一个巨大的引力中心。科学家把这个神秘的引力中心叫做巨引源。
宇宙中的星球就是这样一环套一环,环环相套。我们要明白一点,星球并非静止不动的浮在宇宙中的,它们都是在永不停止地运动着的。这就是我们常说的"静止是相对的,运动才是绝对的。"是不是这样呢?一起聊一聊吧!
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问题:星球为什么能浮在宇宙中?
这个问题已经讨论多次了,既然还有人没弄明白,就再简单说一下。如果我告诉你,星球根本没有漂浮在宇宙,你信吗?
有漂浮星球想法的认知还停留在古代。
如今还没明白这个道理的,基本是没读过书或者读书时不认真,读过的东西等于没读,因此就什么也不知道。这样这些天真朋友们的思维就还停留在古代:天圆地方,大地是浮在大海里一只巨大的鳌鱼肩上,天就像一个罩子罩住了大地,日月星辰就是浮在天上的神袛。而鳌鱼常年四季的托着大地,也有累了的时候,打个盹或者换个肩,地震就来了。
哈,多么美妙的一通自圆其说,让人充满了遐想,整个想象基本符合人们日常生活吃饭拉屎逻辑,由此流传了几千年,越来越神,人们把天地人分为三界,神界、鬼界、人界,后来又出了个魔界,不在三界中,是最难对付的。
这些传说,是由于古人对大自然天地风雷雨电完全不理解,凭想象得出的,经过很多代"圣人"的补充完善,就越来越"圆润"了。这种传说在世界各地都有,虽然各有各的神袛,说法有些差别,但大同小异,都差不多。
依据生活常识揣度宇宙,就有了星球漂浮说。
人们之所以会感觉星球都是漂浮在太空中,主要是由于在我们生活中,有了上下左右东南西北的概念,用这种感受来判断确定方位。古代认为站在地上,脚下就是下,头顶就是上,根据左右手和面向而定为前后左右,而太阳出来的地方就叫东方,落下的地方就叫西方,相邻的两方就成了南北,从此有了东西南北。
这样在地球上,我们看到的日月星辰就似乎都"漂浮"在"上面"。其实这只是人们在地球上的感觉,如果我们站在火星或者金星上,就会感觉地球在我们的"上面"。
其实在地球本身也无所谓上下,我们现在都知道大地不是被鳌鱼扛在肩上的方形,而是一个球形,在相对我们的另一半球面,就有美国,那里的人们也在地球上看着日月星辰,那么我们判定哪边是在"上",哪边是在"下"呢?
其实,牛顿时代我们就知道太空中没有上下之分。
公元前,古希腊就萌发了科学之芽,就有人认为地球是圆的,但地心论统治了人类几千年。在地心论主导下,人类脚踏实地,星球当然是漂浮在太空了。哥白尼的日心说开启了现代科学的大门,伽利略发现了木星四颗卫星,牛顿发现了万有引力定律,从此人类开始用科学发现的自然规律来解释世界。
300多年前,牛顿的万有引力就解释了世界所有的物体,包括宇宙星球都是在万有引力作用下运行。万有引力定律公式为:F=GMm/r^2。这里的F代表引力值,G为引力常数,M和m为引力相互作用大小天体质量,r为它们之间质心距离。
万有引力定律公式阐明了引力大小与质量成正比,与引力作用双方物体距离平方成反比。在宇宙中,任何物体都有引力,万有引力让各种星球生成了重力,地球重力把人类以及地球上一切物质都吸引在地表,人们感觉的上下是以重心为下,反之为上。而地球在不停的围绕着太阳公转,且有个自转轴,地球像车轮一样围绕着这个轴在不停地自转,这样我们就有了1天24小时,有了白天和夜晚。
东南西北是根据地球自转来确定的。
现代科学把地球自转轴两端称为南极和北极,把南极方向称为南方,把北极方向称为北方,把地球自转前进方向称为东方,反之称为西方。地球由西向东转,我们看到的就是太阳和日月星辰从东方升起,从西方落下。其实太阳和日月星辰相对没动或者动得慢,是地球在转动,形成了相对运动视觉错觉。
因此科学的认识是,一切天体运行都遵循万有引力定律在运动,在太空没有上下左右之分,只有引力发生着作用。当然现代科学认为,暗物质和暗能量占据着宇宙中绝大部分质能,因此实际上对宇宙膨胀和引力收缩起着主导作用,这是一个很长的话题,今天不展开说。
300年前,具有科学精神的人们就知道在这个世界,地球并不是中心,而只是宇宙中一个可以忽略不计的小尘埃。但在我们周围,许多以坚守千年文明自居的人们,没有很好地学习接受现代科学思想,依然信奉着古老传说,生活在悠哉悠哉的远古"文明"梦游中,并且以此为荣。由此就有了"为什么这些星球都漂浮在宇宙"的浮想。
宇宙之大超乎想象,星球没有漂浮,只是运行在各自引力场中。
现代宇宙学认为,宇宙是一个巨大的空间,这个空间可观测范围半径达到465亿光年,光年是什么意思?就是光在真空中走1年的尺度。科学界给光年界定了一个精确时间,就是1个儒略年,为365.25天,这样光年就有了准确的尺度。真空光速精确值为299792458m/s,1个儒略年为31557600秒,1光年光速就可以行进9460730472580800米,一般简化为约9.46万亿千米。
这还是可观测宇宙,大爆炸标准宇宙模型认为还有两个不可观测宇宙,范围无法估量,这里就不展开来说了。宇宙中一切天体都是在万有引力作用下形成并运行的。宇宙天体中最多的就是恒星,恒星是由星云在自身引力作用下渐渐聚集坍缩形成的,行星只是恒星形成过程中剩余的一点边边角角渣滓组成,这些天体诞生后,又是在万有引力作用下运行的。
众多恒星在万有引力作用下聚集成星系,星系又聚集成星系群(团)、超星系团,直到形成巨大的天体结构。已知可观测宇宙中可能存在万亿个以上的星系,我们所在的银河系只是这万亿星系中的一员,而银河系就有恒星4000亿颗,我们太阳只是这4000亿颗恒星中普通一员。
而太阳质量是整个太阳系的99.86%,因此太阳系八大行星以及小天体都围绕着太阳运行。而地球只是太阳质量的33万分之一,因此我们地球实在够不上宇宙中一粒尘埃,完全可以忽略不计。但由于这粒尘埃上聚集了70多亿人类,就有了这样或那样的想法,就妄议起这个偌大的宇宙,就把自己当成定海神针,才会有"星球为什么浮在宇宙中"的荒谬想法。
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星球其实从来就没有浮在宇宙中,用牛顿的话说,它们都在做自由落体运动,
月球每时每刻都在向着地球做自由落体运动,但是因为它自身有一个相对于地球的水平方向的初速度,所以永远落不到地球上。
如图,炮弹发射出去之后会做自由落体运动,但是如果炮弹足够快,那它永远落不到地球上。
同样的,地球在向太阳自由落体运动,太阳向银河系中心自由落体运动,银河系又向室女座超星系团做自由落体运动。
为了更好的解答这个问题,我做了一个视频,在我的做品里,有兴趣的朋友可以去看一下
宇宙中的所有物体都是靠互相依赖、互相挤压和互相转化而生存或演化。它们之间的"空间"真的是空的吗?其实人类自以为的"空间",里面充满了未知!
这个问题之所以成为一个问题,是因为许多人有一个潜移默化的感觉:所有的力都必须通过直接接触来传递。 他们无法想象,一个物体可以直接作用到远处的另一个物体上,把它吸引过来或者推开。
对古人来说,这是一个"常识"。即使是力大无穷的楚霸王,也需要接触到鼎才能把它举起来。所有的杠杆、滑轮、斜面、齿轮等机械,都需要直接接触。
但学过科学的人就知道,这个"常识"是个错觉。
磁力 就不需要接触,一块磁铁可以把远处的铁吸过来。实际上,这正是磁力被称为"磁力"的原因:古人把磁铁吸铁比喻成慈母怀抱婴儿。
万有引力 也不需要接触。任何两个有质量的物体之间都存在万有引力,无论它们之间相距多远,这是牛顿的伟大发现。无论是苹果落地,还是炮弹的轨迹,还是行星绕太阳的运动,都是万有引力的结果,都符合同样的规律。这确实是个非常违反直觉的发现,有一个有趣的故事为证。
万有引力
古希腊数学家欧多克索斯 提出过一套纯数学的太阳系模型,跟当时的观测数据符合得很好。这个模型最大的特点是,各个星球互相不接触,各自在自己的轨道上运行。
欧多克索斯的理念其实相当符合现代科学:他的目标只是让他的模型符合观测事实,并不在意"运动的机制"。牛顿力学、相对论、量子力学都是这种理念的产物。为什么科学理论不在乎"运动的机制"呢?因为一般人想到的所谓机制,只是来自日常经验或者老的理论的一套让他们觉得熟悉的说法。但之所以要提出新的理论,正是因为老的理论已经不足以解释新的实验现象了。这时科学家的做法就是,不管三七二十一,先找到一套数学模型能够定量地描述实验现象再说。当人们熟悉了这套新理论之后,就会认为这套理论就是"机制"了,——这其实是个心理效应。
欧多克索斯的模型虽然符合观测数据,但亚里士多德 (对,就是那个著名的哲学家)却对它很不满意。为什么呢?因为星球之间不接触啊!亚里士多德问:没有接触,谁来传递力呢?于是他在欧多克索斯的模型中加了29个球,让一个球的转动能通过实际接触推动另一个球。结果是,他的模型对可观测现象的预测跟欧多克索斯一样,复杂程度却无谓的大为增加。
在有科学素养的人看来,亚里士多德的"改进"是可笑的画蛇添足,这正反映出他不懂得上述的科学理念。而在提问"星球为什么能浮在宇宙中"的人看来,亚里士多德做得完全正确吧!
让我来专业术语通俗化地回答一下:抛弃宇宙大爆炸的理论不说,并且把原来的问题缩小一下范围,我们来讨论一下为什么月亮和地球会浮在宇宙中。
月亮是地球的唯一天然卫星,以地球为参照物,那么月亮就是浮在地球上,并围绕地球自转的。为什么月亮浮在我们头顶上呢?让我们农历八月十五有月饼吃。因为地球对月亮的引力和月亮对地球的离心力相平衡。如果有一天,月亮公转突然加速,那么月亮的离心力就会加大,然后月亮就会抛弃我们而去,我们在农历八月十五就再也没心思吃大月饼了;但是!如果地球的地心引力突然加大,除了我们每个人会突然体重增加,感觉寸步难行之外,月亮也会来给我们一个大大拥抱,当然,这个拥抱会把我们都砸伤。
现在,你明白了吧,之所以星球是浮在宇宙中,保持一定的稳定性,而不是无休止相互碰撞或者无休止相互游离。浮在宇宙中是相互星球之间作为参照物才能确立起来的,星球之间具有互为平衡的万有引力和离心力,所以相互之间看起来就是浮在天空中的啦。哈哈?简单吧!
其实没有哪个天体真正地浮在宇宙中,都是在外力的作用下做圆周循环运动,就是人类所知道的最大星系银河都不是静止悬浮现象,也在有规律的整体运动,规律都是相同的,只有撞击的天体碎块,临时改变规律,最后都进入规律轨道。
首先需要和大家科普一些概念。
首先在宇宙中是并没有"上、下、左、右"的概念的,实际上也不存在所谓的"东、西、南、北"。这些都是人们以自己生活的地球为参考物而进行的"人为设定"。因此人类会受到地球的地心引力,因此我们能够感知到有一股力量始终把我们向地面上拉,我们也就自然而然地有了"下"的概念,以此为基础我们也就设计出了所谓的"上、下、左、右"的方向。实际上在宇宙的真空状态下,是没有这样的方向概念的,也没有地心引力让我们去感知哪里是"下"的方向,相应的我们也就没法在确定其它的任意方向了。
人们之所以总是提出"浮在宇宙中"的概念,其实就是好奇为什么星球不会坠落下去。
实际上这个问题上面已经提到了,宇宙中是没有"上、下"的概念的,所以根本也就谈不上所谓的"下坠"和"坠落"的问题。而且宇宙中的所有星体,其实都不是完全静止漂浮的,他们实际上都是处在一定的运动规律之中的,而且从"宇宙大爆炸"开始,宇宙其实就一直处于一种膨胀的状态,内部的星体实际上也在不断的远离最初爆炸的"奇点"。
"万有引力"是维系个星体间关系的重要"力量"。
人们之所以好奇物体的悬浮,其实也和对力量的理解有关。大部分的人都会直观地认为"力量"需要接触才能传递。比如一个人推着一辆车前行,需要扶着车才能做到。但实际上在宇宙中是有着很多看不见的"力"的,就好比"磁力"一样,两个吸铁石不一定要相互接触也能让对方产生变化。而影响着星球间位置关系的这种看不见的力,其实就是"万有引力",这些力量让恒星与行星之间形成了一定的稳定结构,相互吸引、相互制衡。
其实换个角度想,其实也可以理解为宇宙中的星球其实都在像宇宙的边缘坠落着。
如果你站在最初"宇宙大爆炸"的"奇点"上,那么所有的星球其实都处于一种不断远离你的状态,其实你也可以把这种状态理解为一种"坠落",只是这里没有了具体方向的概念。
总的来说,所谓的"悬浮"和"坠落"其实都是相对的,也需要有固定的参考物才能清晰地分辨。而且各星体之间都存着互相的"万有引力",使得整个宇宙处于一种相对平衡的状态。
当然有人又会问了,那宇宙外边是什么样的状态呢,整个宇宙为什么不会"坠落"了?我想这个问题应该没有人能够回答,也超出了目前人类的认知。与茫茫宇宙相比,我们的地球和人类都显得是那么的渺小,很多事情其实也都是属于一种"猜测",很多问题的答案可能也只有等待时间的不断验证。
以上个人意见仅供参考。
它们似乎只是浮在水面上。但其实它们正在朝太阳方向加速, 只是它们的速度太高了, 以至于他们错过了太阳; 事实上, 它们最终会进入一个接近椭圆的轨道。 但是物理学家认为这是一种自由落体。
发射大炮, 炮弹落向地球并击中地球。 射得足够快, 当它落下时, 地球会弯曲起来, 然后炮弹就不再靠近地球了。 因此, 尽管它正在"坠落", 它仍然围绕着地球旋转。 这就是我们所说的"轨道"。 物理学家认为轨道卫星是不断坠落的卫星。
行星围绕太阳运行的轨道遵循同样的规律。 它们正在向太阳质量的中心加速, 但是它们的高速度使得它们被困在围绕太阳的轨道上。 如果太阳突然消失, 它们会以当时的瞬时速度射入空间(尽管如果引力波是正确的, 太阳引力波对行星的影响会以光速消失。 由于太阳和行星之间的距离遥远, 它们实际上会继续绕着"没有"的轨道运行, 直到太阳的现实达到它们的位置。 然后他们就会飞向太空。) 如果他们失去能量(速度) , 他们会向太阳靠近, 如果他们的速度为零, 他们就会直接掉进去。
这就是为什么事物(行星, 卫星, 小行星, 任何东西!) 一点都没有浮起来。 如果它们围绕的质心突然消失, 它们会以瞬时速度射入自由空间, 以这个速度前进, 直到外力(牛顿第一定律)作用于它们, 改变它们的加速度, 方向, 或两者兼而有之。 这种作用在它们身上的新力量很可能是另一个物体, 它们要么通过自身的引力井吸引, 要么被另一个引力阱所吸引。 而且, 如果它们的速度足够具体, 它们就会掉入另一个轨道。