人类如果将地球打穿,从一侧跳入的话,是否能来到另一侧呢?
我们姑且不考虑地球能否存在一个贯穿中心的通道,也不考虑地球内部的温度、压力等客观因素,来假设地球就是存在这样一条笔直的隧道,并且人能够安然无恙地呆在里面,看看这个人会发生什么事情。
在什么都不考虑的情况下,这个人唯一会受到的就是万有引力的影响,所以就从万有引力开始说起。万有引力是存在于两个质点之间的一种相互作用力。对于地球而言,质点就相当于位于地心的一个点;至于一个人,因为体积过于渺小,我们可以直接看做一个质点。也就是说,我们通常所说的地球引力,实际上是存在于你和地心之间的一种相互作用力,而不是地球表面的某种吸引力。按理来说你应该是一直朝向地心运动的,只不过地面挡住了你的路而已。
明白了这一点就不难想到,假如有一条贯穿地球的通道,无论你从哪一端跳进去,都会遵循物理规律朝地心的位置运动。
关于这一点,你可以想象在一条笔直而狭长的跑道上,有一根固定在跑道中间的橡皮筋一直拉着你,那么你无论站在跑道的哪一边,都会被皮筋拉向跑道中间。所以你如果跳进贯穿地球的通道,你会一直“向下掉落”,而终点则是通道的正中间,也就是地心的位置。
此时需要考虑两个问题:
一是自由落体的运动状态——物体在引力的作用下会持续加速度运动,而不是匀速运动,也就是常说的重力加速度。
二是橡皮筋和引力存在一个极大的差异:越靠近操场中心,皮筋的拉力就越小;而越靠近地球的中心,引力的作用力就越大。
综合以上两点,在到达地心之前,你的掉落速度会越来越快。通过公式g=GM/(r^2)来计算,在地球表面附近时,你的加速率为9.8米/秒,也就是你掉落的速度每秒会增加9.8米;而越靠近地心引力强度就越大,加速率也就会越高,直到到达地心为止。
到达地心之后你也不会停止运动。
由于通道是贯穿地球的,到达地心之后,你不会受到任何阻挡,因此也就无法停止运动,而是会在惯性的趋势下越过地心继续朝前运动。从你的主观感受来说,越过地心后你就不再是在向下掉落,而是在向上飞升了,因为对你而言,引力的方向已经颠倒过来了嘛。