地球太阳以及所有天体为什么漂浮在太空中?

2017-09-12 19:41:35  来源:搜狐科技  编辑:

        【每日科技网】
  他是最受媒体欢迎的科学家,也是会写诗的天文学家,尽管工作任务极为繁重,仍坚持以极大的热情投身科学传播,他就是张双南研究员。
  我们特别收集整理了“悟空问答”上张双南研究员对部分提问的回答, 与您共享科学。本文为张双南问答系列第十三则。
  如果您有问题,可以在“悟空问答”提问。或者留言提问,小编代为转发。由于科研任务繁重,张双南研究员会在方便的时候挑选一些问题回答。
  张双南
  — 研究员 —
  张双南,中国科学院高能物理研究所研究员,中国科学院粒子天体物理重点实验室主任。研究领域为黑洞、中子星、宇宙学和空间天文。天宫二号“天极”伽玛射线暴偏振测量项目、“硬X射线调制望远镜”卫星项目以及若干大型国际合作空间天文项目首席科学家。
  入选国家杰青、长江教授、“千人计划”。获“赵九章中青年科学奖”、意大利Ferrara大学“哥白尼科学家奖”。
  网友提问
  用我小学学的物理知识问下,地球太阳以及所有天体为什么都是漂浮在太空中?
  记得杞人忧天这个寓言故事吗?故事的主人翁担心的事情之一就是天上的星星会不会掉下了砸死人。当然这个故事没有回答为什么天上的星星不会掉下来,反而说,星星是光不会掉下来,即使掉下来也没事!所以劝他不要想这些没用的事,该吃吃该喝喝该睡睡!杞人忧天这个故事在中国直到今天都被用来嘲笑不切实际胡思乱想的人!
  但是西方人追问为什么天体漂浮在太空中没有挤到一起,却最终产生了现代自然科学。第一个给出明确解释的是牛顿。根据牛顿的万有引力定律,天体之间都有引力吸引,它们之所以没有挤到一起,是因为它们在相互绕着运动。绕圈运动由于速度的方向不断改变,相当于做加速度运动(叫做圆周加速度),根据牛顿第二定律就需要一个力的作用,这个力就是它们之间的引力。由于它们之间的引力和离心力达到了平衡,它们就不会挤到一起了。牛顿这样就完美地解释了太阳系内的天体的运动。牛顿的力学体系就是人类历史上第一个系统的自然科学理论,是我们现代自然科学的基础。
  但是出了太阳系情况就不同了,太阳系外的天体,比如恒星当时看起来是不动的,那么它们为什么没有挤到一起?牛顿当时的解释是,因为宇宙中的天体很多,如果到处相同而且没有一个中心的话,大家相互吸引,没有办法往任何一个地方挤,只好漂浮在太空中了。但是后来科学家们仔细分析了牛顿的解释,发现只要给其中一个天体足够的扰动,也就是产生一点儿不均匀性,整个宇宙就不稳定了,必须分崩离析,这些天体就无法继续漂浮下去了,仍然没有回答这个问题。
  后来爱因斯坦发现了广义相对论之后,他就想他的理论会不会比牛顿的理论在理解宇宙中的天体漂浮在太空中这件事好一些,是否能够解释天体在太空中漂浮着。但是他很快就发现,他的理论会产生和牛顿的理论同样的不稳定性,宇宙中的天体只有两条出路,或者大家挤到一起,或者大家相互分离,也就是没有办法维持一个静态的宇宙,爱因斯坦很不开心!

  后来,还是伟大的天文学家哈勃解决了这个问题,他发现遥远宇宙中的星系都在相对于我们后退,也就是宇宙在膨胀,距离越远,膨胀速度越大,当然就不会挤在一起,只能随着宇宙的膨胀漂浮在太空中了,而且越飘越远。这实际上就是广义相对论的预言之一,只不过在爱因斯坦考虑这个问题的时候大家还不知道宇宙在膨胀。所以在哈勃发现了宇宙膨胀之后,爱因斯坦极为后悔,后悔当时没有大胆地预言宇宙有可能会膨胀! 

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