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所有的力都必须通过直接接触来传递。他们无法想象

来源:长沙门户网  2019-03-26 14:50

有人提出“为什么星球能浮在宇宙中”,是因为有一种错觉,他们认为,任何物体必须与其他物体发生直接接触才能停止运动,或者发生彼此之间的关系。比如,提问者假想出宇宙中有一种“液体”一样的物质,星球就漂浮在宇宙的这些“液体”之中。实际上,有些东西是不必发生直接接触也是可以发生关系的。

首先我们看看地球和太阳。地球绕着太阳转。我们知道这是因为太阳和地球之间有万有引力。 事实上,任何两个有质量的物体之间都有万有引力。

那么地球为什么不落到太阳上呢?

这是因为地球在绕着太阳作轨道运动,太阳对它的引力正好用来作这个运动了。 从地球自己的参照系来看,太阳的引力恰好被地球自己的运动导致的离心力抵消了。

当然,严格地来说,太阳也受到地球,以及其他行星,乃至其他天体(虽然可以忽略)的吸引力,这些吸引力也用来作太阳的运动了。

除了太阳,其他天体,特别月球,也给予地球吸引力,所有这些引力支配了地球的运动。

其他星球也类似,它受到的所有引力支配了它的运动。

这个问题之所以成为一个问题,是因为许多人有一个潜移默化的感觉:所有的力都必须通过直接接触来传递。他们无法想象,一个物体可以直接作用到远处的另一个物体上,把它吸引过来或者推开。

对古人来说,这是一个“常识”。即使是力大无穷的楚霸王,也需要接触到鼎才能把它举起来。所有的杠杆、滑轮、斜面、齿轮等机械,都需要直接接触。

但学过科学的人就知道,这个“常识”是个错觉。

磁力就不需要接触,一块磁铁可以把远处的铁吸过来。实际上,这正是磁力被称为“磁力”的原因:古人把磁铁吸铁比喻成慈母怀抱婴儿。

万有引力也不需要接触。任何两个有质量的物体之间都存在万有引力,无论它们之间相距多远,这是牛顿的伟大发现。无论是苹果落地,还是炮弹的轨迹,还是行星绕太阳的运动,都是万有引力的结果,都符合同样的规律。这确实是个非常违反直觉的发现,有一个有趣的故事为证。

万有引力

古希腊数学家欧多克索斯提出过一套纯数学的太阳系模型,跟当时的观测数据符合得很好。这个模型最大的特点是,各个星球互相不接触,各自在自己的轨道上运行。

欧多克索斯的理念其实相当符合现代科学:他的目标只是让他的模型符合观测事实,并不在意“运动的机制”。牛顿力学、相对论、量子力学都是这种理念的产物。为什么科学理论不在乎“运动的机制”呢?因为一般人想到的所谓机制,只是来自日常经验或者老的理论的一套让他们觉得熟悉的说法。但之所以要提出新的理论,正是因为老的理论已经不足以解释新的实验现象了。这时科学家的做法就是,不管三七二十一,先找到一套数学模型能够定量地描述实验现象再说。当人们熟悉了这套新理论之后,就会认为这套理论就是“机制”了,——这其实是个心理效应。

欧多克索斯的模型虽然符合观测数据,但亚里士多德(对,就是那个著名的哲学家)却对它很不满意。为什么呢?因为星球之间不接触啊!亚里士多德问:没有接触,谁来传递力呢?于是他在欧多克索斯的模型中加了29个球,让一个球的转动能通过实际接触推动另一个球。结果是,他的模型对可观测现象的预测跟欧多克索斯一样,复杂程度却无谓的大为增加。亚里士多德的提问估计也符合“星球为什么能浮在宇宙中”这个问题吧。

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