此时此刻,你正坐在一块名为地球的巨大的岩石上,它的重量是60万亿亿吨。

按照我们的日常经验,重的物体一定会下坠,拿一块石头松手,它会砸向地面,那为什么地球这么重的一块超级石头,悬浮在空荡荡的太空中,脚下没有任何支撑,却不会掉下去?

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它到底是被什么东西“托”住了?

这个问题的答案,既简单又颠覆:其实地球一直在“掉下去”,从来没有停止过。只是它掉落的方式,充满了宇宙级的艺术感。

今天我们就来拆解这个关于“下坠”的终极谜题。

首先我们需要纠正一个被人类直觉误导的概念:什么是“下”?

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在地球表面,我们认为“下”就是脚底的方向,这是因为地球的引力把我们往地心拉,对于住在北极的人来说,“下”是指向地心;对于住在南极的人来说,“下”也是指向地心,所以南极的人并不是“头朝下”倒挂着,因为大家都是脚踩引力中心。

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“下”,本质上就是引力最强的方向,当我们来到太空中,地球的引力依然存在,但在更大的尺度上,太阳系的老大是太阳,太阳占据了整个太阳系 99.86% 的质量,它的引力场就像一个巨大的旋涡,统治着周围的一切,所以在太阳系里,真正的“下面”,其实就是太阳的方向。

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如果地球真的是“静止”地悬浮在太空中,那么答案非常残酷:它确实会掉下去,它会像一颗被松开手的苹果一样,笔直地坠向太阳这个“深渊”,最终被太阳表面的高温吞噬。

但为什么这件事没有发生?因为地球在做一件拼命的事情:逃跑。

300多年前,牛顿在他的著作《自然哲学的数学原理》中,画了一张著名的草图,完美解释了为什么月球不会掉下来。

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想象一下,你站在一座高得突破大气层的高山上,架起一门大炮。

第一炮: 你轻轻发射一枚炮弹,炮弹向前飞了一段距离,受引力影响,画出一道抛物线,掉在山脚下。

第二炮: 你加大了火药量。炮弹飞得更快、更远,飞越了半个大洋,最终还是掉进了海里。

第三炮: 你让炮弹的速度快到一个临界值,约 7.9 公里/秒。

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这时候奇迹发生了,炮弹依然在下坠,它依然想往地面掉,但地球是圆的,当炮弹向前飞行的距离足够远时,地球表面弯曲下降的幅度,恰好等于炮弹下坠的幅度,换句话说:炮弹每下坠 1 米,地面也刚好因为地球的曲率,“向下”弯曲了 1 米。

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炮弹就这样永远在“下坠”,却永远“错过”了地面,这种状态叫做“环绕”,也就是我们俗称的“轨道飞行”,地球对太阳的关系,就是这枚炮弹,地球并不是飘在太空中,它实际上正在拼命地向太阳“坠落”,但因为它还在以极高的速度横向狂奔,导致它每一次下坠,都完美地错过了太阳的表面。

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要维持这种“永远掉不到底”的状态,地球付出了巨大的代价,这个代价就是速度,地球在公转轨道上的平均速度高达 29.78 公里/秒,这就是地球的“切向速度”,也是一场长达 46 亿年的宇宙拔河比赛:一方是太阳的引力,它像一根看不见的绳子,死死拽着地球,想把地球拉向“下面”,也就是太阳中心,一方是地球的惯性,地球想沿着切线方向飞出去,逃离太阳系,飞向黑暗的宇宙深空。

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这两股力量在过去的 46 亿年里达成了完美的平衡,如果地球慢下来,引力获胜,地球就会螺旋坠入太阳,如果地球再快很多,惯性获胜,地球就会挣脱太阳的锁链,成为一颗流浪行星,所以地球之所以没有掉下去,是因为它跑得太快了。

你可能会问:“既然地球在飞奔,为什么飞了 46 亿年速度还没慢下来?”

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在地球上你扔个球,球一会儿就停了,因为有空气阻力,但太空的本质是真空,地球在太空中飞行,几乎没有任何摩擦力,没有空气分子来撞击地球,没有风阻来消耗地球的动能,根据动量守恒定律,地球从诞生之初获得的那个巨大的初速度,就这样几乎毫无损耗地保留了下来。

这是一个真正的“惯性漂移”,如果不发生巨大的小行星撞击或人为干预,地球将继续这样无动力滑行数十亿年。

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牛顿的解释已经足够完美,足以把人类送上月球,但在 20 世纪,爱因斯坦站了出来,他说:其实连“力”都不存在,在广义相对论的视角下,地球根本没有感受到被太阳“拉扯”的力,引力的本质,是时空的弯曲。

想象一张悬空的巨大橡胶床垫,如果你在中间放一个重达 100 斤的铁球,床垫中间就会凹陷下去,形成一个深坑,这时候你在边缘扔一颗玻璃珠,如果你直接扔,玻璃珠会滚进坑底,但如果你给玻璃珠一个侧向的速度,它就会沿着这个深坑的内壁转圈圈。

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在爱因斯坦看来:地球其实一直是在走直线的,它在四维时空中,沿着一条所谓“最短路径”在运动,只是因为太阳的质量太大,把地球周围的空间给“压弯”了,地球以为自己在走直线,但在我们三维的宏观视角看,它就是在绕圈圈。

所以地球并没有“飘”在空中,它是陷在了太阳砸出来的“时空深坑”里,沿着坑壁在奔跑,它不掉下去,是因为它跑得快,产生的离心趋势对抗了滑向坑底的趋势。

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所以不要被“漂浮”的假象迷惑了,我们的地球并没有安稳地停留在任何地方,我们正坐在一艘巨大的宇宙飞船上,以 10万公里的时速,在太阳这个巨大的核聚变火球旁,进行着一场惊心动魄的“漂移过弯”。

这是一种极其危险的平衡,也是一种极致的宇宙美学,只要这个速度慢一点点,或者太阳的引力大一点点,人类的故事早就结束了,所谓岁静好,不过是因为我们在飞速奔跑。