感觉星球像是悬浮在太空中,但为何没有掉下去呢?

发布网友 发布时间：2022-04-28 13:46

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热心网友 时间：2022-06-01 00:10

牛顿受到苹果下落的启发，发现了万有引力定律，从而为近现代物理的发展提供了非常重要的一块基石。宇宙间的所有物体，包括宏观的天体，也包括微观的粒子，它们之间都或多或少地存在相互吸引的趋势。我们在地球抛出一个物体，最终会落回地面；我们腾空而起，最终也会重回地面，等等。从我们人类的视角来看，这些现象都是地球对物体和人体等的引力造成的，物体或者人体的运动轨迹是“掉下来”了。有一些朋友由此联想到宇宙空间中的各个星体，它们也每时每刻都在受到引力的作用，那么为何会悬浮在空中，没有掉向某一个引力源呢？

牛顿万有引力定律的表达式为：F＝G*M*m/r^2，两个物体的质量越大、距离越近，则相互之间的引力就会越大，而引力的方向则指向物体的质心。两个物体之间的万有引力是一对相互作用力，它们大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。对于两个相对静止的物体来说，在万有引力的作用下，它们都有着向对方质心运动的趋势和运动效果。在地球上，我们之所以有上下的概念，则是以人体的自我空间定位为基础的，引力的作用将我们牢牢地“锁”在地球上，地球的质心、即对人体引力的来源，正好指向的是我们的脚下或者身下，当我们处在地面上时，同时也受到地面的支持力，这个支持力与地球的重力相平衡，于是我们就形成了上和下的思维惯性。

如果人体处在外太空中，比如宇航员在太空空间站中，这个时候空间站也会受到地球的引力作用，但是由于空间站同时绕着地球旋转，其受到的地球引力充当了旋转的向心力，空间站也会在引力的作用下发生下坠，只不过在下坠时，由于其具有沿着运行轨道的切向线速度，在单位时间内，其下坠的空间距离，正好与因切向移动所拉开的与地球之间的空间距离相等，所以空间站虽然一直在下坠，但与地球的距离始终保持不变。

我们根据万有引力公式和向心力公式，可以很容易地推导出物体围绕一个星体能够做圆周运动，所需要的最小速度为V＝(G*M/r)^(1/2)。当物体的线速度低于这个速度时，由万有引力所提供的对物体的拉力，则会使物体下坠缩小的空间距离，大于其切向运动所拉开的空间距离，物体最终则会坠落到星体的表面，这也是我们在地球上看到扔出去的物体会掉回地面的原因，我们通过火箭发射卫星，就是通过外力的输入，使卫星在地球上空的轨道上能够达到可以围绕地球运行的这个最低速度，即地球的第一宇宙速度。

那么，放眼宇宙空间，任何星体都会受到外界天体的引力作用，按照牛顿力学定律，星体只要受到引力的作用，就会改变星体的运动状态，而星体在空间上的位置改变，就是引力的作用效果，宇宙空间中肯定找不出一个绝对静止的星体。而星体的运动都是有规律的，这种规律性，则是在漫长的时间内，在引力大小、运动线速度以及由此产生的向心力之间不断进行调整和适应的结果。从某种意义上来说，星体都会向着引力源的方向发生坠落，拿地球来看，也可以理解其每时每刻都在向着太阳掉下去，之所以没有掉入太阳，原因和我们刚才对空间站围绕地球运行一样，太阳对地球的万有引力，完全充当了地球围绕太阳公转的向心力，地球坠落的空间，被以一定的公转速度下产生的“拉开”空间所弥补。

所以，从常规的视角来看，宇宙空间里是不存在上和下的概念的，万有引力和星体本身的运动，是造成星体看上去“悬浮”的根本原因。如果硬要区分上和下，也可以将向着引力源的方向为下，与之相反的方向则为上。

按照爱因斯坦的广义相对论，凡是有质量的物体，都会对周围的时空产生弯曲，形成一定的时空曲率，那么周围其它的物体，则会在这个弯曲的时空里，沿着测地线（空间中两点的最短路线）运动，从这个物体本身来看，它走的路线依然是直线，只不过从外界看来，它是在弯曲的时空里围绕着另外一个物体旋转，所以广义相对论更加形象和精准地描述了万有引力的本质，以及由此产生的对物体运动效果的影响。

那么，假如物体的运动速度过大，根据前面的分析，由切向运动所拉开的空间距离，就会大于其向引力源坠落的距离，物体就会逐渐挣脱引力源的束缚从而实现逃逸。与之相对的，如果引力源的引力足够强，就会使得物体围绕运行的速度值非常大，而当这个速度值理论上超过光速时，由于光速不变原则，那么物体即使如何运动，也挣脱不了引力源的束缚，最终则会向着引力源的中心发生实质性的坠落，这种引力源就是我们常说的黑洞，这也是黑洞能够吞噬所有物体，连光线都无法从中逃脱的原因。

热心网友 时间：2022-06-01 01:28

热心网友 时间：2022-06-01 03:03

热心网友 时间：2022-06-01 04:54

热心网友 时间：2022-06-01 07:02