地球重達60萬億億噸，為甚麼還能漂浮在太空中？【宇宙觀察】

羽毛都會落地 60萬億噸的地球 爲什麼還能飄在太空中 1798年 67歲的卡文迪許 通過測定萬有引力常數 計算出地球的質量 是60萬億噸 根據生活常識 這麼重的地球 肯定被一個更重的東西拖着 不然肯定會往下掉 然而 這麼多年 從太空拍攝的地球照片都顯示 地球好像是懸浮在宇宙中的 除了地球 太陽系的其他星球 以及銀河系 乃至於所有的星系 都漂浮在漆黑的宇宙背景上 就彷彿它們都沒有質量一樣 但愛因斯坦認爲 宇宙中任何有質量的物體 都不是飄在宇宙中 而是空間本身在拖着它們 在我們肉眼無法直接看到的地方 宇宙時空 正被質量不同的天體 壓出不同程度的凹陷 這種凹陷 或者說扭曲帶來的直接後果 就是小質量的天體 會被大質量天體吸引 即月球繞地球公轉 地球繞太陽公轉 太陽系繞銀河系公轉 可以說 公轉就是時空扭曲 就是引力的具象化 再深究一下 我們會發現 公轉過程也是跌落的過程 地球並沒有漂浮在太空中 而是一直在向太陽跌落 因爲太陽質量 佔到了太陽系總質量的99.86% 但就像人造衛星速度達到11.2kms 就可以繞地球公轉 而不墜入地球一樣 地球30kms的公轉速度 也產生了足夠的離心力 來對抗太陽引力 而且在幾乎沒有阻力的太空中 地球可以長時間保持公轉速度 這樣就可以一直繞太陽公轉 而不墜入太陽 這也是爲什麼 距離太陽越近的星球 公轉速度就越快的原因 因爲更快的速度 才能產生更強的離心力 去對抗太陽引力 速度慢的 只會墜入太陽 而遠離太陽的星球 比如冥王星 公轉速度就可以很慢 因爲它受到的太陽引力比較弱 從人造衛星到空間站 它們的速度也需要保持 否則就會導致軌道高度下降 最終墜落在地球上 所以每隔一段時間 空間站都會主動抬高一下軌道 從本質上來看 宇宙就是一個大型俄羅斯套娃 月球繞地球公轉 地球繞太陽公轉 太陽系繞銀河系中心的 超大質量黑洞人馬座 A星號公轉 銀河系繞 仕女座超星系團質量中心公轉 仕女座超星系團繞巨影人公轉 小到星球 大到超星系團 宇宙中的天體們的運動規律 完全是一致的 都是在引力支配下的無限循環 或者套娃 這就是廣義相對論裏說的 物質決定時空如何彎曲 時空決定物質如何運動 遺憾的在引力方面 相對論和量子力學其實是有矛盾的 量子力學認爲 引力是引粒子交換產生的 如果我們找到引粒子並利用它 就能掌握反重力技術 但目前爲止 引粒子並沒有被找到 這說明在量子力學和相對論之上 還有一個更完備的關於引力的理論 也就是愛因斯坦晚年耿耿於懷的大統一理論 或者說統一常論 也許再過幾百年 現代物理學也會和古典物理學一樣進入瓶頸期 到時候會出現類似愛因斯坦的物理學家 把人類文明帶到一個新的高度 作爲宇宙第一批星系 銀河系內真的只有人類文明嗎 作爲太陽系的上級 銀河系的演化歷史 一直以來都是天文學家十分感興趣的話題 在分析了銀河系中心區域 25萬顆老年恆星之後 目前認爲銀河系的年齡在130億年左右 考慮到宇宙誕生也不過138億年 所以銀河系算是宇宙中第一批星系了 需要指出的是 最開始的銀河系 和現在的銀河系完全不同 因爲上百億年的演化過程中 原始銀河系跟很多臨近的星系 都發生過碰撞 再過38億年 還會跟仙女座星系發生碰撞 一次次的碰撞 不斷塑造銀河系的形狀和恆星分佈 現在還是傍旋星系的銀河系 未來可能會變成橢圓星系 或者不規則星系 然而不論怎樣 銀河系內的恆星越來越多 都是一個事實 天文學家估計 目前銀河系內有1000億到4000億顆恆星 分佈在若干條懸壁上 都在繞中心區域的超大質量黑洞人馬座 A星號公轉 但這些恆星的分佈 其實並不均勻 具體而言 銀河系中心區域的恆星密度很大 能達到每立方光年幾十萬顆 而太陽所在的獵狐座懸壁這種郊區 恆星之間的平均距離都在四光年左右 理論上來說 恆星越密集的地方 產生生命和文明的概率就越大 因此 天文學家曾多次向銀河系中心的球狀星團 發射過信號 最著名的就是阿雷希伯信息 但近些年 關於銀河系遺居帶的研究認爲 銀河系中心區域的恆星雖然多 但都是輻射很強的老年恆星 並且還有大量流浪黑洞 其實並不適合生命的誕生和演化 真正有可能產生生命和文明的 反而是太陽這種位於郊區的黃矮星 因爲它們的壽命更長 性質也更穩定 最重要的是 銀河系郊區沒有那麼多黑洞 無機物在這種環境下 纔有可能經過漫長的時間變成有機物 進一步發展出生命或者是外星文明 專門用於計算外星文明數量的德雷克方程 之前認爲 銀河系內至少有幾十個外星文明 這還是建立在1000億顆恆星的情況下的 如果變成4000億顆恆星 這個數字還要翻幾番 但最近美國地質學家斯特恩博士卻認爲 德雷克方程太簡單了 沒有考慮到陸地對生命和文明的重要性 簡單來說 一個星球想要產生碳基智慧文明 必須要有海洋核穩定的大陸板塊 前者負責孕育基礎的細胞生命和複雜生命 後者負責給複雜生命提供各種資源 因爲只有在陸地上的文明 纔有機會開採星球上的資源發展科技 並最終進入太空 如果一顆星球上只有海洋的話 它雖然有可能產生初級文明 但它們肯定無法使用火 也就無法點亮後續的科技術 無法成爲太空文明 最後斯特恩博士認爲 銀河系內的類地行星 只有0.02%到1%有足夠的大陸和海洋 其中只有0.003%到0.02%有機會產生智慧文明 遠小於之前德雷克方程的預期 甚至僅就目前發現的5000多顆系外行星來看 它們上面可能都不存在生命 宇宙是有限的嗎 如果是的話 那宇宙邊界之外又是什麼 20世紀20年代之前 天文學家認爲 銀河系就是宇宙唯一的星系 後來哈勃發現了仙女座星雲 其實是一個獨立於銀河系的大星系 打破了傳統的觀念 到了今天 天文學家在半徑465億光年的可觀測宇宙裏 已經發現了2萬億的星系 銀河系只是其中一粒塵埃罷了 可以肯定的是 可觀測宇宙之外還有空間 還有大量星系 只不過因爲光速只有每秒30萬公里 而宇宙又在超光速膨脹 所以可觀測宇宙之外的星系 發出的光永遠到不了地球 有天文學家認爲 可觀測宇宙的體積只是全宇宙的250分之一 整個宇宙的星系總量 也要比我們想象的多得多 但這些都只是數據層面的 科學家真正想知道的 是宇宙究竟有沒有形狀和邊界 以及邊界之外的問題 愛因斯坦的廣義相對論認爲 光在宇宙中會自動沿着側地線飛行 但宇宙時空又會被質量扭曲 所以光看似是直線飛行 其實不經意間已經彎曲了 但光路過黑洞的時候 則會繞着黑洞質量造成的引力深井轉圈 永遠也飛不出去 把這種情況放到整個宇宙來看 愛因斯坦傾向於 宇宙是一個閉合的四維超球體 也就是說光在我們宇宙中沿着側地線飛行 最終只會回到原點 就跟地球上的環球航行一樣 此時宇宙在三維空間上屬於有界無邊形狀 此時只需要超過光速 就能擺脫三維時空的束縛 進入四維空間看到宇宙的全貌 因爲只有超過光速才能開闢全新的方向 一個在三維時空裏不存在的方向 類似的情況在地球上也發生過 從飛機到輪船最多隻能環球航行 只有火箭和航天飛機具備足夠快的速度 最終能從垂直方向進入太空 看到地球的全貌 然而遺憾的是 目前沒有任何辦法能在宇宙中以超光速航行 無論是驅力驅動還是重動 都還只是愛因斯坦理論中存在的東西 現實宇宙中並沒有天然重動 超光速飛船就更不可能了 因此有很多科學家都認爲 人類文明可能會被困在太陽系 甚至宇宙中所有智慧文明都會被困在擠光年的區域 這種被光速限制導致無法擴張的情況 也許就是我們遲遲沒有找到外星文明的根本原因 也是費米悖論的答案之一 以馬斯克爲代表的一些科技狂人則認爲 我們所在的宇宙有可能是虛擬的 人類只是其中的NPC而已 上到光速限制 下到量子疊加態 都是爲了節省算力所做的優化 現階段的我們完全找不到宇宙的bug 總體來看 不論宇宙是閉合的思維超求體 還是一個虛擬的程序 這些對現階段的人類文明來說意義都不大 我們能做的就是 儘快從0.7級文明變成1級文明 然後大規模進入太空 在太陽系內擴張 爭取讓人類文明在宇宙中開枝散葉 然後才能研究其他問題