当咱们仰望星空,或浏览天地的壮丽图顷刻,会看到一个令东谈主赞许的场景:大批星系、恒星和行星仿佛在天际中解放悬浮,它们似乎并莫得撑合手gay,却能厚实地停留在边远的天地空间。这种视觉后果给东谈主一种错觉,让东谈主不禁揣摸,是否有某种微妙力量在托举着这些弘远的天体,使它们不至于陨落。
然则,这仅仅一种视觉上的假象。试验上,每一个天体齐受到多种力的作用,恰是这些力的共同作用,使得天体大概在天际中保合手各自的表示景象。在物理学的早期,东谈主们关于力的意识并不完善。古希腊形而上学家亚里士多德以为,力是保管物体表示景象的原因。这种不雅点在那时被粗鄙罗致,但跟着科学的发展,它逐渐显显现局限性。
跟着科学的杰出,相当是在伽利略和牛顿的孝敬下,咱们对力的意识发生了立异性的变化。牛顿在前东谈主的基础上,冷落了知名的牛顿三大定律,澈底颠覆了亚里士多德的不雅点。牛顿第一定律指出,力是调动物体表示景象的原因,而不是保管其表示景象的原因。
要是一个物体所受协力为零,那它要么保合手匀速直线表示,要么保合手静止景象。
这一表面为咱们贯通天体为何不会陨落提供了要害的痕迹。在天地中,每一个天体齐受到其他天体的引力作用。举例,地球受到太阳的引力作用,同期也受到月球的引力作用。这些力的主见并不是垂直向下,而是指向各自的引力源。因此,地球并莫得向“下”陨落,而是沿着一个卵形轨谈围绕太阳表示。
银色网要是咱们从更大的视角来看待这个问题,就会发现,天体之间复杂的引力作用试验上组成了一个精密的均衡系统。每个天体的表示景象,不管是静止已经高速旋转,齐是由它们所受到的总共力的协力决定的。在牛顿力学的框架下,天体之是以能在天际中厚实表示gay,而不是陨落,是因为它们的协力为零,或者说,它们所受的引力和表示速率酿成了一种圆善的均衡。
为了更直不雅地贯通天体为何不会陨落,咱们不错以地球为例进行分析。地球在天际中的表示并非松驰,它沿着一个卵形轨谈围绕太阳表示,这一表示轨迹是由地球的速率和受到的太阳引力共同决定的。地球受到的太阳引力主见指向太阳,但由于地球具有一定的速率,它并莫得成功落向太阳,而是沿着一个卵形轨谈表示。
这一旨趣在卫星发掷中相同适用。当辐射卫星时,需要赐与卫星一个满盈的初速率,这么卫星在离开地球名义后,就能依靠自身的速率和地球的引力作用,围绕地球厚实表示。要是卫星的速率满盈大,它以至不错开脱地球的引力,干与太阳系的其他行星轨谈,或更远的天地空间。
从这个角度看,天体之是以能在天际中悬浮而不陨落,是因为它们齐在以一定的速率表示,况且这种表示速率与它们所受到的引力达到了一种均衡。这种均衡使得天体大概在天际中沿着特定的轨迹厚实表示,而不是松驰陨落。因此,咱们不错说,天体的悬浮景象试验上是一种动态的均衡,是速率和引力共同作用的放手。
在牛顿力学的基础上,爱因斯坦的广义相对论为咱们提供了对引力得志更为长远的贯通。爱因斯坦以为,万有引力并不信得过存在,引力得志的内容试验上是时空的迤逦。这一表面澈底调动了咱们对天地中引力作用的意识。
说明广义相对论,任何具有质料的物体齐会对其周围的时空产生影响,使其发生迤逦。当其他物体过程这些迤逦的时空时,它们的表示轨迹也会相应地发生变化,这在咱们看来等于引力作用。爱因斯坦还冷落了等效旨趣,即得当加快表示的参考系和重力场是等价的。这意味着,在某种意念念上,咱们不错将引力贯通为一种由时空曲率引起的加快度。
控制这一表面,咱们不错再行施展天体为何不会在天际中陨落。在广义相对论的视角下,天体并不是在天际中解放悬浮,而是沿着时空的测地线在表示。测地线是高维时空中两点之间的最短距离,天体的表示轨迹试验上是时空迤逦所决定的最短旅途。
因此,当咱们看到天体在天际中厚实表示时,试验上它们是在四维时空中沿着由质料分裂所决定的旅途表示。这种表示并非因为受到一个向下的引力作用,而是由于时空本人的结构和性质所导致的。从这个角度来看,天体被时空的“大地”托着,它们在时空中贴着这条“大地”表示,而不是陨落。
细致来说,不管是在牛顿力学的框架下,已经在广义相对论的表面中,天体之是以能在天际中保合手不陨落的景象,齐是因为受到了某种模样的均衡作用。在牛顿力学中,这种均衡是由天体的速率和引力共同决定的;而在广义相对论中,这种均衡则是由时空的迤逦所决定的。