03.03 為什麼地球懸在宇宙沒有什麼東西托住它,但是它掉不下去?

三農小阿哥


地球的重力給了我們上下左右之分,我們習慣於雙腳受力的方向定義為下,相反的方向定義為上。可是,在太空中,並沒有一個“地面”提供給地球引力讓地球掉下去。太陽是有引力,但是因為地球具有動量,所以地球一直圍繞太陽轉而不是直接掉向太陽。



去過太空的人都知道,在太空中由於沒有重力,所以沒有上下左右之分。對於這些宇航員來說,那個方向都一樣,沒有區別。同樣對於地球也類似,地球在太空中沒有上下左右之分,宇宙在三個維度上都是同性的。



當然了,以上都是基於我們三維時空下進行的描述。如果存在高維時空,有一個參照,那麼我們的三維時空或許真的具有一個“地面”:愛因斯坦的相對論我們都再熟悉不過了,它講述的就是時空可以扭曲,特別是質量越大的物體,越把空間“壓彎”的厲害。



特別是黑洞,直接就把三維空間壓成一個無底洞。當然,這種“壓彎時空”對於三維空間的我們來說完全無法描述,因為這是在三個維度上均勻地“壓彎”,不存在那個維度扭曲的多一點,那個少一點。而對於高維空間來說,這種彎曲就不一樣了。在高維空間中,我們的宇宙就像是一個三維的“海綿”,其上面的物質把這塊“海綿”壓向其它緯度,從而存在一個“向下”的參照。



所以,如果這樣來看,我們的地球之所以沒有掉下來,是因為地球質量太小,不足以壓破三維空間落入高維。而黑洞質量足夠大,它就是把我們的三維空間壓了一個大洞,可能聯通了高維空間。


科學探秘頻道


顯然,題主是受了在地球上生活經驗的影響,認為一切物體皆可掉落。在地球上,成熟的蘋果從樹上掉落,那是因為受到了地球重力的影響,在地球上,或大或小的物體都受地球重力影響,沒有例外。

所以,究其根本原因是受力。在宇宙中也是這樣,並且比地球上更加的複雜。地球以30km/s的速度圍繞著太陽公轉,速度快的驚人(不要擔心自己被甩出去,因為你的速度也是如此)。

我們來假想一下,如果地球的公轉速度緩緩降低會發生什麼?會發生地球的公轉軌道會越來越貼近太陽,直至墜落向太陽表面。

所以,根本上來講,地球在做向太陽表面墜落的自由落體運動。但為何至今仍未墜落呢?就是因為公轉,因為公轉速度很快,離心力恰好與受太陽的引力相平衡,故此達到了運動中的平衡。

宇宙中的萬事萬物都在運動著,沒有一個是靜止的,整個太陽系也是,太陽帶著一眾小弟火急火燎的圍繞著銀河系中心轉,一刻也不敢停下,否則的話,就要進入黑洞的“大嘴”中了。

思考宇宙不能帶著在地球上的生活經驗,不然很多事情與現象是想不通的。


科學船塢


地球是在掉的,就是掉得非常曲折!

先來看一張太陽帶著全部身家在宇宙中奔走的動圖,你以為它們心急火燎的是去哪兒?就是掉向宇宙深處啊!

我們生活在地球上,受生活經驗的影響太大了,下意識認為從空中掉到地上才叫掉。但宇宙是一片虛空啊,沒有向下的方向,更沒有“地面”給你掉。而東西之所以會掉到地面上,是受地心引力的影響,所以引力的來源就是下。

那麼宇宙中,引來的來源在哪裡呢?

對於地球來說,引來最大的來源就是太陽,所以地球應該掉向太陽。但正像鏈球一樣,拉向運動員的向心力和圍繞運動員旋轉的離心力構成了平衡,所以地球的運動方式是圍繞太陽公轉。

不要以為這個公轉是千秋萬代永不改變的!根據廣義相對論,一組天體系統(比如太陽系)終將趨向於一種不變的狀態。打個比方可能會好理解一點!假如你往水裡扔一個木塊兒,木塊兒起初一定是上下沉浮一會兒,但隨著沉浮產生的漣漪將能量帶走,木塊兒最終會平靜下來。

這和大質量天體之間的情況是類似的!圍繞太陽旋轉的地球也會產生引力波,也會帶走一部分能量。而能量耗損將改變地球的軌道,使得地球越來越接近太陽,並最終撞向太陽,以這樣的方式“平靜”下來,達到廣義相對論所預言的“歸於不變的狀態”。

所以,地球是在向“下”掉的,也就是掉向太陽。只是地球在真空中飛行,飛行產生的漣漪——引力波——所帶走的能量非常小,以至於都觀測不到。所以地球掉向太陽的速度也就極其緩慢,一直在掉向卻不會掉到!因為還沒等到真的相撞的那一天,太陽就會老化為紅巨星,將地球吞噬!

掉落的過程,是一種美妙的平衡~

依次類推,地球掉向太陽,太陽帶著全家掉向銀河系中心,而銀河系帶著億萬萬星球又向著鄰近星系做相對運動,並最終相撞。正是因為大型天體之間的引力紛繁複雜,掉向引力源的路徑才會在如此曲折中達到一種美妙的平衡!

銀河系仙女系相撞過程示意~

不入流的大劉


根據我們在地球上的“經驗”,站在高處都要小心防止墜向地面。歸根結底就是受到了引力的作用,地球給你一個重力加速度,你要想不掉下來就需要一個支撐力。這就平衡了,你就掉不下來了。

例如宇航員在太空執行任務時,出艙太空行走也沒有什麼托住他。但是宇航員不會掉回地球,就是因為引力提供了向心力,讓你做繞地球的圓周運動。
地球也是如此在太空中是沒有什麼托住它,地球在受太陽的引力作用,地球的下應該就是日地連線指向太陽的方向,地球也有想要落向太陽的趨勢,就是這種趨勢下使地球繞太陽公轉。像下圖一樣,小黑球扔出去有個初速度,隨著速度增大它就會飛的越來越遠,直到有個速度臨界點讓小黑球一直有個掉下來的趨勢但是卻一直繞著地球地球轉動。地球繞太陽轉亦是相同的道理。


如果以太陽系為整體一個點,那麼地球的下落方向應該就是指向銀心的方向,想掉掉不下去。如果以銀河系為一個點,地球的下應該就是巨引源的方向了。

如果有一天地球不再運動靜止了,那麼地球就可能掉下去了(或者說掉太陽上去了)。


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科學黑洞


早期人們認為地球是靜止的,其他行星和恆星都是繞著地球旋轉的,這就是地心說。後來哥白尼提出了日心說,直到1684年,牛頓成功解釋了太陽主導行星運動的科學原理,那就是萬有引力定律。

牛頓通過觀察地球上物體的下落,例如蘋果樹上掉下的蘋果,還有太陽系中行星的運動,從而認識到這些都是引力作用的結果。兩個物體間的引力是由它們的質量和距離所決定的。引力和質量的乘積成正比,和距離平方成反比。

對於地球來講,太陽引力就充當了地球繞著太陽公轉的向心力,於是地球就繞著太陽做橢圓軌道的運動,地球和太陽的距離也時刻發生著變化,這些現象在16世紀,開普勒就通過觀察行星運行演算出來了。

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量子實驗室


為什麼地球懸在宇宙沒有什麼東西托住它,但是它掉不下去?

其實地球一直有一個運動的趨勢,不過卻不是掉下來,反而一直在上升中,這得從太陽的演化規律以及太陽系的運行說起!

儘管宇宙中沒有上下左右之分,宏觀上處於引力平衡狀態,但在星系內部,特別是恆星系這種尺度並不大的距離內,卻有一些比較有趣的運動方式正在發生!在太陽系這個環境中,地球在距離太陽約1.5億千米的軌道上日復一日的運行著!這過程中其主要受到太陽的引力以及公轉速度約30KM/S的離心力,兩者大致平衡,因此地球將一直在這個軌道上運行!

但有一點要提醒一下的是,太陽正處在主序星階段,其每時每刻都在消耗質量,因為太陽上每秒都有超過6.5億噸的氫元素聚變成氦元素,在這個過程中約有0.7%的質量約450萬噸的消失了,轉換成了巨大的能量!簡單的說太陽在不斷減少質量、逐漸變輕!

那麼地球所受到的引力也會逐漸減小,而地球公轉的角動量卻會守恆,因此地球的離心力將會稍稍大於引力,即地球正在漸漸遠離太陽,當然這個距離非常小,因為每秒450萬噸的質量虧損對於太陽近乎天文數字的總質量來看,其整個生涯中也不過消耗掉0.7%的質量而已!

但這並非地球和太陽的最終結局!儘管我們可以通過計算確認太陽最終不過消耗0.7%的質量,但恆星的演變模型卻會朝著更為嚴重的方向前進!太陽在氫元素消耗後將進入氦元素的燃燒階段,未來則會演變成紅巨星,但這並不是最關鍵的問題,而是紅巨星的最終的結局,其膨脹的外殼會導致太陽的密度降低,並且在後期外殼會逐漸脫離太陽,太陽將失去超過50%-60%的質量!在此時地球的軌道將會大幅度的改變,不是向太陽掉落,而是遠離太陽!

因此從這個角度看來,地球並非是掉落,而是上升......


星辰大海路上的種花家


首先明確一點:萬事萬物一直都在不斷“往下掉”,因為引力的存在!

不過我所說的“掉”與我們平時說的掉有點不一樣。由於我們生活空間的侷限性,在很多人眼裡,“掉”必須要掉到某種物體上,正向我們仍一塊石頭,它總是會掉下來一樣!

但如果你明白火箭發射上太空的全過程和基本原理,你就會發現,如果你用力仍一塊石頭,它就會飛的更遠,但還是會落下來。而當你的力量達到一定程度,給石頭一個足夠高的初始速度(如今我們知道是第一宇宙速度),石頭就不會落到地面上,但它本質上還是在一直往下掉落,但就是掉不下來!

這與地球在不斷往太陽“掉”是一個原理!

所以說,我們很有必要對“掉落”這個詞的理解有所改變。“掉”只是一種趨勢和運動狀態,並不一定非要“掉”到某種物體上才算“掉”!

所以,在看待宇宙這個浩瀚的空間發生的事情時,非常有必要跳出地球這個狹小的生活空間,就好比如果你身處一片茂密的森林中,你很難想象地球竟然會是圓形的,你甚至不會知道地球的存在,因為森林就是你全部的認知,就是你的全世界,你認知的所有事實都不可避免地有侷限性!


宇宙探索


看了這個問題,也見了很多回答的這個問題,但給人的印象就是沒人回答使人信服。地球在不停的按照自己的軌跡運行,太陽系,銀河系乃至宇宙空間都在按自己的軌跡運行,它們都沒那麼容易偏離自己的軌跡。第一,所謂的萬有引力的作用(這點在現代科技上是有公論的,在此不作解釋)還有一點,我們的宇宙中的星辰還在受另外的暗物質的控制,就象漂浮在水中的物質一樣,它隨波遂流,在萬有引力的作用下,它又有跡可循,從這點解釋了為什麼科學家觀測到為什麼星系的中心與邊緣的速度是一至的也就想得通了。而且,我們這個宇宙空間的運行應該也是順時鐘方向運行的。日月星辰,宇宙浩蕩,但這個宇宙空間確實是一個整體,按自己的規律運行著,掉到哪裡去呢?除非它脫離了這種力量,那它就會消亡或重新組合不遠了。


余文華12


其實這個問題並不成立,因為太空中沒有絕對的上下左右之分,如果說地球真的要往下掉,這個下面到底是哪裡?答案是無法想象。

我們平時在地球上的時候,物體掉落的方向就是下面,這個下面通俗上來說就是地面,但為什麼物體會掉進地面,而不是掉進空中呢,因為地球存在引力。

地球的引力對一定範圍的物體,都施加了一個指向地心的力,這個力就足以將各種物體束縛在地球表面,所以引力的存在,才導致了人類有了上下左右的概念。

那麼對於地球來說,道理也是一樣的,如果非要說地球的下面是什麼地方,答案還是引力的指向方向,對於地球這個天體來說,主要對它施加引力的是太陽。

現有的科學研究告訴我們,一個物體如果質量過大,它會扭曲一定範圍的宇宙空間,當宇宙空間被扭曲時,引力自然而然就產生了,而太陽的引力也是這麼產生的。

太陽的引力也是指向太陽中心的,所以太陽對地球的作用,就好比地球對人類作用,如果地球真的要往下掉,它只能掉進太陽中去。

但和人類不同的是,地球始終是在高速的運動,而運動產生的離心力,就足以和太陽的引力保持平衡,只要地球不斷的運動下去,它永遠也不會掉進太陽中。

理論上說如果人類的速度足夠快,也可以產生同樣的離心力,這個離心力可以保證人類一直在天上飛,永遠也不會掉下來….


種植恆星


其實地球一直在掉,只不過掉的方式於地球上不一樣吧了。地球上掉東西是高處掉落到低處,頭上掉到腳下。地球掉是從一個空間掉落到某個黑洞。由於之間的空間太大你沒有感覺吧了。地球和其他星球,包括銀河系都在朝某個方面運動,銀河系以外的星系也在向某個方向運動。運動的過程也就是掉落的過程。在地球上掉落的東西是損壞的,地球及其他星系的掉落是被黑洞吞噬的。飛機掉下會在空中盤旋墜落到地面。地球也是一樣在空間繞太陽旋轉、太陽繞銀河系旋轉、銀河系繞什麼天體旋轉向黑洞墜落。它們不是原地旋轉,而是邏旋式向前運動。只不過空間太大,球體太人,小小的人類無從感知。他們墜入黑洞的過程所需時間也許是十萬億年、幾十萬億年甚至還多。


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