地球為啥可以幾千年運轉不息?動力來源隱藏在相對論中

小彭來給您解惑 發佈 2020-02-12T15:29:52+00:00

在愛因斯坦眼中,天體之間的相互作用不再用「引力」來解釋,取而代之的是時空彎曲,所以當地球圍繞太陽運動,其實地球根本不需要受到任何「力」就可以做到,因為太陽質量很大,使得周圍的時空發生了彎曲,地球只不過是在彎曲的時空裡面沿著「測地線」運動而已。

我們都知道地球有公轉,但是不知大家是否好奇過,為啥地球可以幾千年運轉不息,地球轉動的動力來源是啥?以後會不會停止轉動?今天我就來談談這個問題。

首先所謂公轉其實就是地球圍繞太陽做橢圓周運動,按照牛頓的解釋是太陽給予地球「萬有引力」,所以地球能夠一直圍繞太陽運動。但是萬有引力公式面對速度接近0.1倍光速的天體運動,其計算出來的結果與實際觀察的數據誤差非常大,因為當物體速度接近0.1倍光速時,時間和空間的相對性會體現出來,而牛頓恰恰忽略了這點,所以用引力來解釋天體運行面對高速運動物體就顯得不適用了,取而代之的是愛因斯坦的廣義相對論。

在愛因斯坦眼中,天體之間的相互作用不再用「引力」來解釋,取而代之的是時空彎曲,所以當地球圍繞太陽運動,其實地球根本不需要受到任何「力」就可以做到,因為太陽質量很大,使得周圍的時空發生了彎曲,地球只不過是在彎曲的時空裡面沿著「測地線」運動而已。

請注意這裡出現了「測地線」概念,什麼是「測地線」呢?其實測地線也叫「短程線」,在一個平直的時空裡面兩點之間什麼路線最短?答案是直線最短。

但是一旦時空是彎曲的,那麼兩點之間就不是直線最短了,而是「短程線」或者加「測地線」最短。

所以在愛因斯坦眼中地球圍繞太陽運動壓根就不需要力的維持,地球只不過是在太陽所造成的彎曲時空中沿著「測地線」運動而已。由於時空的彎曲的,並且時空是由三維的空間加一維的時間構成,所以「時空」這個事物實際是四維的。如果是一個四維生物,那麼他看地球的運動其實在四維時空中仍然是一條「直線」,但是我們是三維生物,所以我們只能看到四維時空中的「直線」投影到三維空間中就是一條「曲線」。總結一句話,其實地球仍然在四維時空中走的「勻速直線運動」,只不過是太陽讓周圍的時空發生了彎曲造成地球看起來「走曲線」而已。

所以大家明白為什麼地球圍繞太陽公轉可以幾千年運轉不息了吧,因為地球的這個行為在四維時空中仍然走的是「勻速直線運動」,既然地球是做不受力的「勻速直線運動」,那麼當然不需要任何動力就可以一直保持這個運動,相反你要想改變這種運動才需要動力給予支持。

那麼剩下一個問題,廣義相對論所提出的「四維時空彎曲」到底應該如何理解?其實空間有三維x,y,z,但是這三個維度屬性完全一致,所以我們可以把這三個維度分開來看,把「四維時空」降低成「二維時空」來理解。具體的策略就是把「四維時空」(x,y,z,t)拆解成三個「二維時空」(x,t)、(y,t)、(z,t),那麼接下來只需畫出這三個「二維時空」的時空圖即可。

假設此在地面上往前水平扔一個蘋果,那麼時空圖應該如何畫呢?其實就是把橫坐標當時間,縱坐標當成空間即可,就可以畫出扔蘋果後三個「二維時空」的函數圖了。

由於蘋果是往x正方向扔的,所以x方向是做勻速直線運動,所以二維時空(x,t)函數圖是一條直線,表示單位時間內增加的x是相同的。由於蘋果並未往y方向移動,所以y方向的值永遠是0,所以二維時空(y,t)的函數圖也是直線且和時間軸重合。由於蘋果在z方向會做加速運動,加速度是g,所以二維時空(z,t)函數圖就是一條曲線,它表示單位時間內z增加量會越來越大。

從三幅圖可以看出前面兩副圖都是直線,說明時空並未向x,y方向彎曲,但是第三幅卻是曲線,說明時空的確向z方向彎曲了,而z方向指向哪裡,不就是我們地球的地心嘛。

通過以上分析我們可以看出,地球就是剛剛實驗的蘋果,太陽則是球心,當地球圍繞太陽運動時,其實只不過是地球所處的時空往太陽這個方向發生了彎曲而已,地球在「四維時空」裡面永遠走的是「勻速直線運動」,也就是沿著彎曲的時空走「測地線」而已,所以地球能夠一直運轉不停不是因為有源源不斷的動力輸出,而是因為這個行為壓根不需要「動力」,我是《小彭來給您解惑》,如果喜歡我的文章可以關注我,如果對文章有異議可以留言評論。

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