《Wonders of the Universe - Gravity》- 20180108

第三篇:坠落 - Falling (引力)

1. 引子: 地球上如何模拟没有引力的情况?

乘飞机,飞机在大角度爬升的同时,飞行员关小发动机油门,飞机会向地面坠落 —— 对机舱里的乘客和物品来说,地心引力便消失了。

2. 引力是什么?

引力是物体间相互吸引的力量,其大小取决于物体的质量。(所以其只对于天体有意义,比如人与人之间的引力小到完全可以忽略不计。)

引力的独特性和重要性在于:不只是把我们留在地球上,塑造了地球的地貌,更是宇宙形成的基础之一。星际气体和宇宙尘埃便是由于引力的作用形成了恒星,之后再形成行星、卫星等。并让行星围绕恒星旋转,再把众多的星系连接在一起,形成更庞大的星系,并引导它们运行。

3. 引力如何作用?

地球的地貌比如山川和河流也是由引力塑造。比如纳米比亚的非什干大峡谷,它的形成便是靠引力对水流的作用 ——引力决定了水流的流向。

再来说说引力对地球和月球的作用:几百万年前,月球并不是如今这样。那个时候,它的自转更快,朝向地球的月面每一天都不一样。但是地球的引力改变了这一切:如同地球自转,月球的引力会对地球产生作用 —— 引发海潮的起伏涨落;地球的引力也引发月球表面固体岩石的潮汐,掀起了数米高的岩石浪潮,浪潮在月球表面产生了巨大的摩擦力,如同是个制动装置,减慢了月球的自转,月球上的潮汐就此停止,所以我们现在看到的永远是月球的同一面。

引力对月球与地球的塑造,这种情形在宇宙中反复出现:比如气体在引力作用下被吸收进附近经过的另一星系,放佛不同的星系在互相吞噬;又比如,引力对银河系设定的未来是,与邻居仙女座会合 —— 这种会合并不是平和的,而是剧烈大碰撞,形成椭圆星系。 

4. 中子星(脉冲星)

查科大峡谷(美国 - 新墨西哥州)是查科文明的发源地。查科人致力于观察天象,他们的天文学遗产世代流传,他们留下的宏伟建筑对应的便是星辰方位以及日、月运行周期。他们还留下了一幅壁画,这幅画描述的是1054年的一次超新星爆发。

今天我们看到的蟹状星云便是这次超新星爆发的结果。而爆发的那颗恒星,则成为了中子星(脉冲星)—— 质量和太阳相同,直径只有20公里,所以密度相当大。它的自转相当快,引力也很惊人,是地球的一万亿倍。

5. 黑洞

超新星爆发后可能有两种演化结果:中子星或者黑洞。黑洞便体现了引力凶悍的另一面:它的质量大,体积小,扭曲时空的能力超过其它天体。它可以撕碎恒星,将其残骸拉入自己的轨道。随着不断吞噬,黑洞的质量也越来越大。但被吞噬的物质哪里去了?我们还不知道,但可以推测,比如瀑布……

所以,引力既是创造者,又是毁灭者。但我们的引力理论并非尽善尽美,还不足以诠释宇宙万物。


小知识:

1. 物理学中的4种基本的力:引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力。

2. 椭圆星系:行星没有有序运动;螺旋星系:行星的运动规则有序,看起来非常漂亮。

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