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地球重60萬億億噸,為什么能飄在太空?宇航員:我真怕地球飄走

 與春天同行 2023-11-10 發(fā)布于青海

從古至今,人類都在不斷的探索世界的奧秘,古時(shí)候由于人類的科技不夠發(fā)達(dá),所以古人一直都認(rèn)為,我們的地球就是唯一的世界,月球和太陽都在圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng),不過后來隨著人類科技的進(jìn)步,人類走出了地球,當(dāng)人類走出地球看到宇宙之后,人類才知道地球并不是唯一的世界,在地球外面還有更加廣闊的星際空間,我們的地球其實(shí)就是太陽系中的一顆行星,在太陽系中,一共有八大行星,它們分別是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星,在海王星的外面還有一顆冥王星,曾經(jīng)冥王星也屬于一顆行星,但是后來科學(xué)家認(rèn)為,冥王星的體積和質(zhì)量都太小了,于是就將它踢出了行星的行列。

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為了探索世界的奧秘,科學(xué)家們也做了很多努力,在2008年9月27日,翟志剛成為第一個(gè)出艙活動(dòng)的中國人,他的一小步也成為了我們中國人探索太空的一大步。后來回到地球,翟志剛說當(dāng)時(shí)看著地球和飛船都懸浮著,就連自己也飄在空中,是真怕地球飄跑了自己回不去。從太空中觀察,不僅是地球,就連太陽、月亮等所有的天體都漂浮在天空中,地球的質(zhì)量大約是5.97*10^24千克,換算下來大約是60萬億億噸,看到這里,相信很多朋友都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)疑問,就是地球的重量是如何計(jì)算出來的?

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在1896年,亨利·貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了元素的衰變,后來的科學(xué)家計(jì)算出了不同元素的半衰期,盧瑟福便根據(jù)鈾樣本的衰變期來計(jì)算出地球存在了5億年。當(dāng)然,這并不是正確答案,但在當(dāng)時(shí)的科學(xué)與思想來看,得知地球竟如此年老也是讓人震驚的。直到20世紀(jì),1953年,克萊爾·彼得森從隕石上測出了地球已有45億年。隕石是太陽形成時(shí)的原始材料,具有一定的說服力,在科學(xué)的不斷發(fā)展中,也證實(shí)了這年歲是可信的。科學(xué)家認(rèn)為,地球誕生于太陽之后,在大約50億年前的時(shí)候,太陽系一片混亂,太陽誕生以后,吸收了周圍大量的物質(zhì),所以太陽的質(zhì)量占到了太陽系總質(zhì)量的百分之99.86。

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剩下的八大行星和其它物質(zhì)占到了太陽系總質(zhì)量的百分之0.14,從占比上我們就能夠看出太陽的質(zhì)量非常大,為什么這么重的天體能夠漂浮在天空中呢?在1687年,著名的物理學(xué)家牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中首次闡述了萬有引力定律,根據(jù)牛頓的萬有引力定律我們能夠知道,任何兩個(gè)物體之間都是存在引力的,這個(gè)引力的大小和他們的質(zhì)量成正比,和他們之間的距離成反比,簡單來說就是,地球的質(zhì)量產(chǎn)生了引力,使得物體被吸引到地球表面,牛頓首次打破了人類認(rèn)為天體運(yùn)動(dòng)和普通運(yùn)動(dòng)的巨大誤解,他指出,不管是蘋果掉在地上還是雨水掉在地上,都遵循同樣一種力的作用,這個(gè)力就是萬有引力。

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曾經(jīng)著名的科學(xué)家亞里士多德提出,即輕的東西下落慢,重的東西下落快,一直以來,人類都遵循這個(gè)規(guī)律,在將近1500年的時(shí)間里,雖然也有人懷疑過這個(gè)觀點(diǎn),但是卻沒有人能夠證明這個(gè)觀點(diǎn)是錯(cuò)的。直到伽利略出現(xiàn)以后才解開了這個(gè)謎題,其實(shí)輕的物體和重的物體在同時(shí)落下的情況下,不考慮摩擦力的影響,那么這兩個(gè)物體會(huì)同時(shí)落下,最早發(fā)現(xiàn)亞里士多德觀點(diǎn)錯(cuò)誤的是伽利略,在1590年的時(shí)候,伽利略從比薩斜塔上丟下兩個(gè)重量不一樣的球,讓我們知道了物體落地的速度和重量是沒有關(guān)系的,而是和阻力有關(guān)系。

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牛頓提出萬有引力之后,他利用萬有引力解釋了天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,而且還指出了木星、土星的衛(wèi)星圍繞行星也有同樣的運(yùn)功規(guī)律,他認(rèn)為月球除了受到地球引力的作用之外,還會(huì)受到太陽的引力,從而解釋了月球運(yùn)動(dòng)中發(fā)現(xiàn)的二均差,根據(jù)牛頓的萬有引力定律,科學(xué)家們成功發(fā)現(xiàn)了海王星,牛頓的萬有引力認(rèn)為,時(shí)空是平直的,不管距離有多遠(yuǎn),引力的作用都是瞬間完成的,牛頓認(rèn)為引力和物體的質(zhì)量是成正比的。雖然萬有引力對人類的影響非常巨大,但是在人類科技發(fā)展的過程中,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)萬有引力定律也存在一定的缺陷。如果說引力就是一種力,那么引力的介質(zhì)是什么?

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對于這個(gè)問題,連牛頓本人都無法解釋清楚,而且牛頓的萬有引力定律對太陽系中大部分的天體都適用,唯獨(dú)水星的公轉(zhuǎn)周期在100年內(nèi)會(huì)有50秒的誤差,按照牛頓的引力說法,我們能夠知道,天體之所以能夠穩(wěn)定的漂浮在太空中,主要是因?yàn)橐Φ淖饔茫捎谝χg相互拉扯,所以地球才能夠漂浮在宇宙中,真相到底是不是這樣?在愛因斯坦出現(xiàn)之前,牛頓的經(jīng)典物理學(xué)統(tǒng)治了人類幾百年,但是愛因斯坦出現(xiàn)以后,打破了牛頓的引力定律,1915年,阿爾伯特·愛因斯坦提出了廣義相對論。

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根據(jù)廣義相對論,引力不再被看作是牛頓力學(xué)中的相互吸引,而是由時(shí)空的彎曲造成的,因?yàn)橘|(zhì)量和能量會(huì)彎曲時(shí)空。物體沿著彎曲的時(shí)空運(yùn)動(dòng)時(shí),就好像受到一種力的作用,我們通常稱之為引力。引力的本質(zhì)是時(shí)空的幾何結(jié)構(gòu),物體沿著時(shí)空的“彎曲路徑”運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生了我們所感知到的引力效應(yīng)。按照愛因斯坦的解釋,我們能夠理解為,我們的宇宙是一張巨大的薄膜,所有的天體都依附在這張巨大的薄膜上面,只不過我們看不到這張巨大的薄膜,如果按照愛因斯坦的說法來看,那么我們的地球并不是漂浮在太空中,而是依附在宇宙薄膜上面。

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愛因斯坦的廣義相對論認(rèn)為物質(zhì)和能量會(huì)改變周圍的時(shí)空結(jié)構(gòu),形成一種類似于“凹陷”的時(shí)空彎曲。在彎曲的時(shí)空中,物體受到引力的作用,沿著彎曲的路徑運(yùn)動(dòng)。這個(gè)路徑并不一定是直線,因?yàn)橹本€在彎曲的時(shí)空中并不是最短路徑。其他物體在這個(gè)凹陷的時(shí)空中運(yùn)動(dòng)時(shí),就會(huì)沿著彎曲的路徑運(yùn)動(dòng),從而看起來像是受到了引力的作用,這就是所謂的幾何跌落效應(yīng)。這就相當(dāng)于我們平時(shí)玩的蹦蹦床,越重的人上去,對蹦蹦床產(chǎn)生的壓力就越大,所以蹦蹦床的凹陷就越大,這使得周圍的人會(huì)不由得向凹陷大的區(qū)域墜落。為了證明愛因斯坦的猜測是正確的,科學(xué)家們也做了很多實(shí)驗(yàn)。

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其中比較著名的由水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng),光線在引力場中的彎曲還有引力紅移,通過這三個(gè)實(shí)驗(yàn),科學(xué)家證明了愛因斯坦的理論是對的,在1919年日全食的時(shí)候,科學(xué)家分別在不同的地方進(jìn)行了觀測,最終得出的結(jié)果和愛因斯坦的預(yù)測是一樣的,愛因斯坦認(rèn)為,引力是以波的形式進(jìn)行傳播的,當(dāng)時(shí)愛因斯坦預(yù)言了引力波的存在,不過由于當(dāng)時(shí)的人類科技不夠發(fā)達(dá),所以很多人都不相信引力波的存在,可能很多人不知道什么是引力波,引力波就好比我們朝水面投石頭,蕩起的漣漪就類似引力波。又類似于地震發(fā)生時(shí),檢測儀表上逐層向外擴(kuò)散的波浪線,其扭動(dòng)的幅度和頻率,就是引力波的振幅和頻率,所以如果能測量到天體的扭動(dòng),便可以測量到引力波了。

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在1974年的時(shí)候,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一顆名為PSR1913+16的脈沖星發(fā)出的引力輻射,與愛因斯坦提出的廣義相對論預(yù)言完全一樣,在2016年的時(shí)候,科學(xué)家觀測到了雙黑洞碰撞產(chǎn)生的引力波,這是人類首次觀測到引力波。根據(jù)愛因斯坦的理論,科學(xué)家完美的解釋了水星進(jìn)動(dòng)的問題,根據(jù)愛因斯坦的理論得出,水星運(yùn)動(dòng)的這個(gè)偏移現(xiàn)象是由于太陽彎曲了周圍的時(shí)空,而附近的水星在圍繞彎曲時(shí)空的測地線在運(yùn)動(dòng),在這個(gè)運(yùn)動(dòng)的過程中,水星也會(huì)慢慢向太陽墜落,通過廣義相對論的效應(yīng)計(jì)算得出,水星的軌道進(jìn)動(dòng)就是每一百年偏移43弧秒,水星進(jìn)動(dòng)的計(jì)算,只是廣義相對論實(shí)驗(yàn)的證據(jù)之一。

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廣義相對論的偉大之處在于,它預(yù)測了星光彎曲、引力波、黑洞、暗物質(zhì)、暗能量、宇宙大爆炸等等,目前相對論和量子力學(xué)被稱為是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱,既然我們的地球不是漂浮在宇宙中,而是依附在一張巨大的薄膜上面,那么這張薄膜是如何形成的呢?為什么宇宙中所有的天體都能夠有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)呢?對此,科學(xué)家認(rèn)為是暗物質(zhì)在起作用,在1933年,美國科學(xué)家弗里茨.茲維基對后發(fā)座星系團(tuán)中速度的分布做了研究,他發(fā)現(xiàn)要想解釋清楚測量得到的速度,其所需要的產(chǎn)生引力的質(zhì)量是星系團(tuán)質(zhì)量的10倍,由此,質(zhì)量缺失的迷霧在天文學(xué)中產(chǎn)生,并且在此后50年內(nèi)毫無進(jìn)展。

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2013年,科學(xué)家利用衛(wèi)星測量了接近10億顆恒星的數(shù)據(jù),測量表明質(zhì)量缺失普遍存在于星系和星系團(tuán)的范圍之內(nèi),甚至包括整個(gè)宇宙也是如此,另一種方法是依據(jù)光譜學(xué)的辦法來研究類似銀河系這樣螺旋星系的旋轉(zhuǎn)。這種辦法就是依據(jù)觀測到的圓盤上恒星光線的多普勒頻移,依靠恒星與旋轉(zhuǎn)中心的距離算出圓盤的轉(zhuǎn)速。進(jìn)一步就可以推算出整個(gè)圓盤的引力場及其質(zhì)量分布。在1936年的時(shí)候,科學(xué)家辛克萊爾.史密斯在研究處女座星系團(tuán)中發(fā)現(xiàn),星系團(tuán)內(nèi)部存在大質(zhì)量的星云間物質(zhì),而且就算是將氣體、塵埃、等離子體等等都計(jì)算在內(nèi),也只增加了百分之15的質(zhì)量,還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠填補(bǔ)空缺,通過這些研究,科學(xué)家認(rèn)為,暗物質(zhì)一定存在宇宙中,而宇宙空洞就是暗物質(zhì)造成的。

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科學(xué)家認(rèn)為,暗物質(zhì)是一種非常神秘的物質(zhì),它不會(huì)和其它任何物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),所以我們根本看不到它們,也摸不到它們,不過暗物質(zhì)占到了宇宙總質(zhì)量的百分之90,我們能夠看到的物質(zhì)只占到宇宙總質(zhì)量的百分之10,這就意味著暗物質(zhì)才是宇宙中最主要的物質(zhì),科學(xué)家認(rèn)為,暗物質(zhì)能夠釋放出非常強(qiáng)大的暗能量,這股能量能夠推動(dòng)宇宙不斷的膨脹,而且還能夠控制天體的運(yùn)行,我們的地球之所以會(huì)不停的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn),可能和暗能量有關(guān)系,為了尋找暗物質(zhì)和暗能量,科學(xué)家們也做了很多努力。

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我國在四川建立了一個(gè)2400米深的實(shí)驗(yàn)室,這個(gè)實(shí)驗(yàn)室建造在錦屏大河灣的下面,同時(shí)也是全世界最大的地下實(shí)驗(yàn)室,為什么要把實(shí)驗(yàn)室選在這里呢?因?yàn)檫@里足夠安靜,而且實(shí)驗(yàn)室?guī)缀醪粫?huì)受到宇宙射線的干擾,只有在這么安靜的環(huán)境中才有可能捕捉到暗物質(zhì),這個(gè)實(shí)驗(yàn)室基地是由當(dāng)時(shí)清華大學(xué)的副校長發(fā)現(xiàn)的,經(jīng)過多次的考察和研討,最終才確定下來,從2010年開始,這個(gè)實(shí)驗(yàn)室就開始正式運(yùn)行了,不過經(jīng)過十幾年的時(shí)間,科學(xué)家還是沒有發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)。這意味著暗物質(zhì)非常神秘,不過即便如此,科學(xué)家也并沒有停止對暗物質(zhì)的探索。

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小編認(rèn)為,宇宙浩瀚而神秘,在宇宙中應(yīng)該存在很多人類還不知道的奧秘,這些奧秘都需要人類不斷的研究和探索,人類既然作為地球上最有智慧的生命,人類的肩上擔(dān)負(fù)著探索宇宙奧秘的責(zé)任,雖然現(xiàn)在人類還無法解開宇宙的全部奧秘,但是只要人類能夠堅(jiān)持不懈的努力下去,未來隨著人類科技的進(jìn)步,或許人類能夠解開宇宙中所有的奧秘,小編希望人類能夠早日實(shí)現(xiàn)自己的夢想,對此,大家有什么想說的嗎?

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