我从小就有一个疑问,为什么所有的星球都是漂浮在空中的?
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宇宙中的天体不能漂浮,或产生这种疑问,其实都是人们直觉上的一种误解,因为我们生活在地球表面,在地球上繁衍和进化,我们已经习惯了所有的物体都被牢牢地控制在地面上,在地球上没有任何东西可以不依赖于地面的支撑力而存在。
你可能会想那飞机和鸟儿就可以离开地面,而它们只是因为空气给了其向上的浮力,但空气也是依赖于地面的支撑力,飞机和鸟儿会通过空气间接的将自身的重量传递到地面上。所以我们已经习惯了任何东西在没有受到支撑力而下落的情况。
在1687年牛顿提出万有引力之前,我们在地球上所看到的情况,真的很难解释为什么所有的天体都可以“漂浮”在天空上,而且还做着规律的运动。但这种奇怪的现象也需要要得到解释,因为在古希腊时期人们就提出了这样的观点,他们认为我们的世界,也就是地球上的一切物质都是由四种基本元素组成的,分别为土、水、气、火。较重的元素,例如:土和水,就会依次沉降、而较轻的元素,如气和火就会漂浮在较重的元素上。
以上的说法貌似是解释了我们在地球上所看到的一切现象,但是它解释不了宇宙中其他天体为什么漂浮在宇宙中,以及它们为什么会运动等,这些本质性的问题。在当时人们心中的太阳系模型还是地心说,这套理论虽说能解释一些我们观察到的天体运行规律,但是它并给不出具体的原因。
1543年哥白尼在其临终前发表了《天体运行论》,首次质疑了统治人类几千年的地心说,日心说的出现虽然给了人们更加准确和简单的太阳系运行模型,但是也没有解释天体运动的本质问题,甚至哥白尼的日心说在当时还没有托勒密的地心说对太阳系运行的描述准确。因为哥白尼认为所有天体的轨道都是完美的正圆形。
虽说日心说的出现一开始并没有让大众得以接受,因为其缺乏数学支撑而且对太阳系的描述并不准确。但是有一个人坚信哥白尼是正确的,并且继承了哥白尼和自己老师(第谷·布拉赫)的衣钵,在1609到1619年间发表了行星运行三大定律,完美的解释了太阳系中当时所观察到的一切运动现象。但是开普勒并不是清楚为什么天体会互相运动,他也不清楚为啥天体能漂浮,而地球上的一些东西都要下落。
其实以上的所有问题,现在看来都不是问题,因为人类科学史上一代伟人牛顿的出现可以说解决了人类当时能观察到的一切物理运动,小到地球上的马车、飞机,大到太阳系中所有天体运动的本质,乃至整个星系的相对运动都可以用牛顿理论(引力和三大定律)来解释。
在地球上所有的物体想要相对的静止不动,受到的净外力都需要为零,也就是说力的存在是物体运动的本质,没有受到净外力的物体它就会保持自身初始的运动状态,这包括静止和匀速直线运动。所以匀速直线运动和静止都是物体本身固有特性,它们两个任何一个都没有特殊之处。
我们生活在地球上,所有物体会下落只是因为受到了力的作用,而这个力正是地球的引力,我们能稳定地待在地面上也是因为引力和地面的支撑力相互平衡。而引力的存在也给我们人类一种方向感,所以我们在地球上规定出了上下左右或者东南西北。反观宇宙中的天体,我们就拿地球来说,它在太阳系中受到最大的力就是太阳的引力,因此它可以在引力的作用下一直绕太阳运行,其实也是在一直往太阳的方向坠落,但由于地球有一个很高的沿轨道上的切线速度,所以地球一直在坠落,但一直会错过与太阳表面相撞。
如果我们降低地球沿公转轨道上的切线速度,那么地球就会螺旋靠近太阳,也就是坠落在太阳表面。换句话说,所有在其轨道上运行的天体,都在向自己的引力源坠落,但是是水平切线上的速度又导致了与引力错过。
如果我们把地球从太阳系中拿出来,放进空旷的星系空间中,那么地球本身就不会受到任何力的左右,那个根据牛顿理论,一个不受力的物体会一直保持自身初始的运动状态,地球要么静止不动,要么匀速直线运动。
总结一下
人类的直觉都是在地球上形成的,地球上的环境造成了我们直觉上的错误,认为物体只要漂浮肯定是受到支撑力,没有支撑力就会下坠。但是对于宇宙来说,漂浮才是常态,因为没有力就没有运动,而运动只是受到了力的作用。并且在宇宙中没有方向一说,方向这种说法完全是人类的感觉和定义,在宇宙中任何方向在物理学上都是等价的。并没有下坠这么一说,因为就没有下这个方向,而只有运动。
爱因斯坦认为时空不过是物质广延性的体现。一切物体也都在时空中。以相对论的角度来说,所有天体都被时空兜住了,而且时空是这个宇宙中最“坚硬”的东西。
是漂浮,还是坠落?
地面上的我们觉得星星都飘在空中,好像它们都能抵抗地心引力而不掉下来。事实上,地球引力太小了,根本拽不动它们。
但所有的天体却都被更强大的引力拽着,使它们坠向强引力源,只不过天体在形成之时都有一个初速度,于是就变成了被强引力源拽着做圆周运动。
卫星围绕行星转,行星围绕恒星转,恒星围绕星系核转,这些运动都由引力造成,所以所有的天体可以简单地理解为都在坠向其环绕的中心引力源。月球坠向地球,地球坠向太阳,太阳坠向银心,然而银河系又坠向哪里?
以牛顿力学来解答这个问题会产生无止尽的追问。
然而以相对论的角度来思考,物质告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何运动。
没有引力,只有时空。
时空将一切物质裹在其中,空中的星球也被时空裹挟着运动。所以说,时空撑住了所有的天体、星系,以及我们。
我们安静且渺小,因此时空待我们温柔如水,一生还算过得平静。但宇宙中的天体就不一样了,它们的质量让时空倍感压力,被挤压,被扭曲,但最后总算还撑得住。扭曲的时空,就像被铁球压出一个深坑的 乳胶垫,铁球的质量越大这个坑就越大。
也就是说,只有大质量的天体才能让时空表现出明显的弯曲。日常生活中的物体,就像乳胶垫上的微生物,完全不会对垫子产生压迫。一个铁球可以把垫子压出一个深坑,但它能使时空弯曲多少?几乎为零,可以忽略不计。
因为铁球与天体之间的质量天差地别,也可以说支撑天体的时空比支撑铁球的乳胶垫坚硬的多,到底有多坚硬呢?
时空的硬度
假设乳胶垫的坚硬程度为1,那么钢铁的坚硬程度大概就是10^11,而时空的坚硬程度是恐怖的10^43(这个数字刚好和普朗特时间:10^-43s的数字成倒数) ,这是一个天文数字,意味着亿万倍的强度差。
“时空具有硬度” 这一结论让人感觉违背常理,难以接受,其实只是因为我们习惯性地把时空认为是空的罢了。
如果说,所有的天体都在坠向自己所环绕的引力源,那最终那个最大质量的引力源又坠向哪?如果我们都在以一种感受不到的方式下坠,那我们是否就生活在一个黑洞之中?
这样看来,有时空兜底,反而让人踏实一点。
有时空兜不住的质量吗?
按上面的概念来理解,时空的“硬度”与“韧性”可谓是这个宇宙中最强的,而黑洞可能是时空唯一兜不住的天体。
黑洞是巨大质量被无限压缩成一个不可逆的奇点。不去讨论这个点的物理奇异性,单从承重的角度来看,黑洞周围的时空就像被压破了的纸。
这个被压破的时空豁口到底通向哪?没人知道。或许是另一个时空,另一个“硬度”与“韧性”更大的 时空 。
黑洞的事件视界就是这个时空的洞口,而黑洞奇点可能根本就不存在于我们这个时空,所以不遵循我们这个宇宙的物理法则。
黑洞这个“向下”坍缩的方向,可以说是我们这个宇宙唯一能确定的 “ 第四空间维度 ” ,通向一个未知的时空。
现代物理学已经明确知道这个时空的大门位于我们时空的下限:普朗克长度(1.61624×10^-35m)与普朗克时间(5.39121×10^-44s),这个下限之下所有的物理学定律都不适用。
在超弦理论中,那里是称之为“弦”存在的时空,且“弦”具有巨大的张力,是一种“硬弦”,这是否和那个时空的“硬度”有关?
如果这样理解,超弦理论就根本不是这个时空的物理理论,而应该是另一个时空的一种理论。弦与其说是构成我们这个世界物质的更基本单位,不如说是那个时空外溢出的能量成就了这个世界,而我们这个世界物质坍缩后凝聚的能量,再次回到另一时空。
总结
如果时空是一种具有广延性的物质,那时空是否也该具有“时空密度”的概念。如果是,时空扭曲就是由于时空密度的分布不均造成的,只是唯有巨大的质能才能造成时空密度的分布不均。
而就宏观宇宙与微观宇宙而言,我们身处的这个时空与普朗克尺度下的时空,其时空密度属于不连续的两个量级,类似与“能级”的概念。
两个时空内的物质,就像电子一样只会在自己的时空能级上运动。黑洞的出现就像是一次时空能级的“跃迁”,而逆向“跃迁 ”是否就是暗物质的产生机制?毕竟暗物质和黑洞本身一样,都无法用电磁波探测。
这样的脑洞结论,你认为如何??
题主之所以会问这个问题,就是因为没有从宇宙的角度看。
如果把没有恒星、行星这类天体存在定义为“空”,那么宇宙的大部分地方都是空的。
比方说我们太阳系,99%的质量都集中在中心天体——太阳上,太阳系半径保守估计也得有几百亿公里,太阳半径只有不到70万公里,考虑到算体积还要再来个立方,所以剩下的空间留给八颗大行星、一堆矮行星、小行星、彗星等,可以说是绰绰有余。
恒星之间的距离更是大的吓人,离太阳最近的恒星大概有40万亿公里远,光都得跑上四年多,恒星和恒星之间只有些稀薄的气体和尘埃,也是十分空旷的。
星系和星系之间的距离虽然比例上比恒星间的看着小,但是因为星系本身的尺度很大(比如包含几千亿颗恒星),实际上的空间仍然非常辽阔。
星系群、星系团、超星系团、一直到宇宙尺度上,仍然有巨大的“空洞”存在,“空洞”的直径可达几亿光年,也就是几十万亿亿公里,这种巨大已经很难用语言形容,如果公里前的每个零都对应一个“非常”的话,那么这种宇宙中的“空洞”可以说是非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常的大。
我们说脚踏实地,要想不悬空,首先得有固态的地面可以踩,通常是地球这种行星表面才可以做到。既然宇宙中大部分地方都是空的,那么剩下的天体待在空中,从宇宙的角度来看,就是非常非常正常的状态。
我们待在地面上,所以思维观念上会有上下的区分,觉得天上东西总要掉下来,但是宇宙中的东西并不会受到“地面”的束缚,待在空中才是它们的正常状态。至于说为何星星不会因为引力的作用全部吸到一块去,那就得把运动和力放到一起考虑了,具体请参考,行星为什么不会被恒星的引力场吸进内部?https://www.wukong.com/user/?type=0
你可能会想那飞机和鸟儿就可以离开地面,而它们只是因为空气给了其向上的浮力,但空气也是依赖于地面的支撑力,飞机和鸟儿会通过空气间接的将自身的重量传递到地面上。所以我们已经习惯了任何东西在没有受到支撑力而下落的情况。
在1687年牛顿提出万有引力之前,我们在地球上所看到的情况,真的很难解释为什么所有的天体都可以“漂浮”在天空上,而且还做着规律的运动。但这种奇怪的现象也需要要得到解释,因为在古希腊时期人们就提出了这样的观点,他们认为我们的世界,也就是地球上的一切物质都是由四种基本元素组成的,分别为土、水、气、火。较重的元素,例如:土和水,就会依次沉降、而较轻的元素,如气和火就会漂浮在较重的元素上。
以上的说法貌似是解释了我们在地球上所看到的一切现象,但是它解释不了宇宙中其他天体为什么漂浮在宇宙中,以及它们为什么会运动等,这些本质性的问题。在当时人们心中的太阳系模型还是地心说,这套理论虽说能解释一些我们观察到的天体运行规律,但是它并给不出具体的原因。
1543年哥白尼在其临终前发表了《天体运行论》,首次质疑了统治人类几千年的地心说,日心说的出现虽然给了人们更加准确和简单的太阳系运行模型,但是也没有解释天体运动的本质问题,甚至哥白尼的日心说在当时还没有托勒密的地心说对太阳系运行的描述准确。因为哥白尼认为所有天体的轨道都是完美的正圆形。
虽说日心说的出现一开始并没有让大众得以接受,因为其缺乏数学支撑而且对太阳系的描述并不准确。但是有一个人坚信哥白尼是正确的,并且继承了哥白尼和自己老师(第谷·布拉赫)的衣钵,在1609到1619年间发表了行星运行三大定律,完美的解释了太阳系中当时所观察到的一切运动现象。但是开普勒并不是清楚为什么天体会互相运动,他也不清楚为啥天体能漂浮,而地球上的一些东西都要下落。
其实以上的所有问题,现在看来都不是问题,因为人类科学史上一代伟人牛顿的出现可以说解决了人类当时能观察到的一切物理运动,小到地球上的马车、飞机,大到太阳系中所有天体运动的本质,乃至整个星系的相对运动都可以用牛顿理论(引力和三大定律)来解释。
在地球上所有的物体想要相对的静止不动,受到的净外力都需要为零,也就是说力的存在是物体运动的本质,没有受到净外力的物体它就会保持自身初始的运动状态,这包括静止和匀速直线运动。所以匀速直线运动和静止都是物体本身固有特性,它们两个任何一个都没有特殊之处。
我们生活在地球上,所有物体会下落只是因为受到了力的作用,而这个力正是地球的引力,我们能稳定地待在地面上也是因为引力和地面的支撑力相互平衡。而引力的存在也给我们人类一种方向感,所以我们在地球上规定出了上下左右或者东南西北。反观宇宙中的天体,我们就拿地球来说,它在太阳系中受到最大的力就是太阳的引力,因此它可以在引力的作用下一直绕太阳运行,其实也是在一直往太阳的方向坠落,但由于地球有一个很高的沿轨道上的切线速度,所以地球一直在坠落,但一直会错过与太阳表面相撞。
如果我们降低地球沿公转轨道上的切线速度,那么地球就会螺旋靠近太阳,也就是坠落在太阳表面。换句话说,所有在其轨道上运行的天体,都在向自己的引力源坠落,但是是水平切线上的速度又导致了与引力错过。
如果我们把地球从太阳系中拿出来,放进空旷的星系空间中,那么地球本身就不会受到任何力的左右,那个根据牛顿理论,一个不受力的物体会一直保持自身初始的运动状态,地球要么静止不动,要么匀速直线运动。
总结一下
人类的直觉都是在地球上形成的,地球上的环境造成了我们直觉上的错误,认为物体只要漂浮肯定是受到支撑力,没有支撑力就会下坠。但是对于宇宙来说,漂浮才是常态,因为没有力就没有运动,而运动只是受到了力的作用。并且在宇宙中没有方向一说,方向这种说法完全是人类的感觉和定义,在宇宙中任何方向在物理学上都是等价的。并没有下坠这么一说,因为就没有下这个方向,而只有运动。
爱因斯坦认为时空不过是物质广延性的体现。一切物体也都在时空中。以相对论的角度来说,所有天体都被时空兜住了,而且时空是这个宇宙中最“坚硬”的东西。
是漂浮,还是坠落?
地面上的我们觉得星星都飘在空中,好像它们都能抵抗地心引力而不掉下来。事实上,地球引力太小了,根本拽不动它们。
但所有的天体却都被更强大的引力拽着,使它们坠向强引力源,只不过天体在形成之时都有一个初速度,于是就变成了被强引力源拽着做圆周运动。
卫星围绕行星转,行星围绕恒星转,恒星围绕星系核转,这些运动都由引力造成,所以所有的天体可以简单地理解为都在坠向其环绕的中心引力源。月球坠向地球,地球坠向太阳,太阳坠向银心,然而银河系又坠向哪里?
以牛顿力学来解答这个问题会产生无止尽的追问。
然而以相对论的角度来思考,物质告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何运动。
没有引力,只有时空。
时空将一切物质裹在其中,空中的星球也被时空裹挟着运动。所以说,时空撑住了所有的天体、星系,以及我们。
我们安静且渺小,因此时空待我们温柔如水,一生还算过得平静。但宇宙中的天体就不一样了,它们的质量让时空倍感压力,被挤压,被扭曲,但最后总算还撑得住。扭曲的时空,就像被铁球压出一个深坑的 乳胶垫,铁球的质量越大这个坑就越大。
也就是说,只有大质量的天体才能让时空表现出明显的弯曲。日常生活中的物体,就像乳胶垫上的微生物,完全不会对垫子产生压迫。一个铁球可以把垫子压出一个深坑,但它能使时空弯曲多少?几乎为零,可以忽略不计。
因为铁球与天体之间的质量天差地别,也可以说支撑天体的时空比支撑铁球的乳胶垫坚硬的多,到底有多坚硬呢?
时空的硬度
假设乳胶垫的坚硬程度为1,那么钢铁的坚硬程度大概就是10^11,而时空的坚硬程度是恐怖的10^43(这个数字刚好和普朗特时间:10^-43s的数字成倒数) ,这是一个天文数字,意味着亿万倍的强度差。
“时空具有硬度” 这一结论让人感觉违背常理,难以接受,其实只是因为我们习惯性地把时空认为是空的罢了。
如果说,所有的天体都在坠向自己所环绕的引力源,那最终那个最大质量的引力源又坠向哪?如果我们都在以一种感受不到的方式下坠,那我们是否就生活在一个黑洞之中?
这样看来,有时空兜底,反而让人踏实一点。
有时空兜不住的质量吗?
按上面的概念来理解,时空的“硬度”与“韧性”可谓是这个宇宙中最强的,而黑洞可能是时空唯一兜不住的天体。
黑洞是巨大质量被无限压缩成一个不可逆的奇点。不去讨论这个点的物理奇异性,单从承重的角度来看,黑洞周围的时空就像被压破了的纸。
这个被压破的时空豁口到底通向哪?没人知道。或许是另一个时空,另一个“硬度”与“韧性”更大的 时空 。
黑洞的事件视界就是这个时空的洞口,而黑洞奇点可能根本就不存在于我们这个时空,所以不遵循我们这个宇宙的物理法则。
黑洞这个“向下”坍缩的方向,可以说是我们这个宇宙唯一能确定的 “ 第四空间维度 ” ,通向一个未知的时空。
现代物理学已经明确知道这个时空的大门位于我们时空的下限:普朗克长度(1.61624×10^-35m)与普朗克时间(5.39121×10^-44s),这个下限之下所有的物理学定律都不适用。
在超弦理论中,那里是称之为“弦”存在的时空,且“弦”具有巨大的张力,是一种“硬弦”,这是否和那个时空的“硬度”有关?
如果这样理解,超弦理论就根本不是这个时空的物理理论,而应该是另一个时空的一种理论。弦与其说是构成我们这个世界物质的更基本单位,不如说是那个时空外溢出的能量成就了这个世界,而我们这个世界物质坍缩后凝聚的能量,再次回到另一时空。
总结
如果时空是一种具有广延性的物质,那时空是否也该具有“时空密度”的概念。如果是,时空扭曲就是由于时空密度的分布不均造成的,只是唯有巨大的质能才能造成时空密度的分布不均。
而就宏观宇宙与微观宇宙而言,我们身处的这个时空与普朗克尺度下的时空,其时空密度属于不连续的两个量级,类似与“能级”的概念。
两个时空内的物质,就像电子一样只会在自己的时空能级上运动。黑洞的出现就像是一次时空能级的“跃迁”,而逆向“跃迁 ”是否就是暗物质的产生机制?毕竟暗物质和黑洞本身一样,都无法用电磁波探测。
这样的脑洞结论,你认为如何??
题主之所以会问这个问题,就是因为没有从宇宙的角度看。
如果把没有恒星、行星这类天体存在定义为“空”,那么宇宙的大部分地方都是空的。
比方说我们太阳系,99%的质量都集中在中心天体——太阳上,太阳系半径保守估计也得有几百亿公里,太阳半径只有不到70万公里,考虑到算体积还要再来个立方,所以剩下的空间留给八颗大行星、一堆矮行星、小行星、彗星等,可以说是绰绰有余。
恒星之间的距离更是大的吓人,离太阳最近的恒星大概有40万亿公里远,光都得跑上四年多,恒星和恒星之间只有些稀薄的气体和尘埃,也是十分空旷的。
星系和星系之间的距离虽然比例上比恒星间的看着小,但是因为星系本身的尺度很大(比如包含几千亿颗恒星),实际上的空间仍然非常辽阔。
星系群、星系团、超星系团、一直到宇宙尺度上,仍然有巨大的“空洞”存在,“空洞”的直径可达几亿光年,也就是几十万亿亿公里,这种巨大已经很难用语言形容,如果公里前的每个零都对应一个“非常”的话,那么这种宇宙中的“空洞”可以说是非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常非常的大。
我们说脚踏实地,要想不悬空,首先得有固态的地面可以踩,通常是地球这种行星表面才可以做到。既然宇宙中大部分地方都是空的,那么剩下的天体待在空中,从宇宙的角度来看,就是非常非常正常的状态。
我们待在地面上,所以思维观念上会有上下的区分,觉得天上东西总要掉下来,但是宇宙中的东西并不会受到“地面”的束缚,待在空中才是它们的正常状态。至于说为何星星不会因为引力的作用全部吸到一块去,那就得把运动和力放到一起考虑了,具体请参考,行星为什么不会被恒星的引力场吸进内部?https://www.wukong.com/user/?type=0
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