地球以每小時(shí)1670公里、也就是每秒465米的速度自轉(zhuǎn)著,相當(dāng)于子彈的1.5倍。但我們腳下這么快地“飛”,卻完全沒有暈、沒有風(fēng)、連動(dòng)靜都沒有。這到底是為什么?
我們其實(shí)并不是靜止的,而是在“隨身飛”
首先,地球確實(shí)在高速自轉(zhuǎn)。赤道上的自轉(zhuǎn)速度是每秒465米,相當(dāng)于一架高空噴氣式客機(jī)的巡航速度,而且這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)一直在進(jìn)行,從你出生那一刻起就沒停過。但問題是:我們并不是“站在地球上看它轉(zhuǎn)”,我們是被連著一起轉(zhuǎn)的那一部分。
就像你坐在一輛高速行駛的高鐵上,你不會(huì)覺得風(fēng)從你臉上刮過去,也不會(huì)感覺自己在飛,因?yàn)槟愫蛙噹麅?nèi)的空氣、座椅、乘客,統(tǒng)統(tǒng)以同樣的速度前進(jìn),相對(duì)靜止。除非列車突然剎車或轉(zhuǎn)彎,你才會(huì)有“動(dòng)起來”的感覺。
這就是慣性參考系的概念。地球自轉(zhuǎn)為我們提供了一個(gè)龐大的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng),我們、空氣、大氣層、海洋,甚至高空熱氣球,都在這個(gè)系統(tǒng)里同步運(yùn)動(dòng)。我們感受不到“飛速旋轉(zhuǎn)”,并不是因?yàn)樗鼪]在轉(zhuǎn),而是因?yàn)槲覀兒退D(zhuǎn)得一樣快。
換句話說,我們不是沒在動(dòng),而是和地球一起偷偷動(dòng)得非常一致。
地球轉(zhuǎn)這么快,為什么我們不會(huì)被甩出去?
很多人聽到“每秒465米”第一反應(yīng)是:那這么快的旋轉(zhuǎn),豈不是應(yīng)該像陀螺一樣把我們甩飛?但事實(shí)是,地球把我們“抓”得很牢。
我們來算一筆賬。地球赤道處的向心加速度為:
a = v2 / r ≈ (465 m/s)2 ÷ 6.37×10? m ≈ 0.034 m/s2
而地球表面的重力加速度是:
g ≈ 9.8 m/s2
也就是說,地球自轉(zhuǎn)帶來的“甩出去”的力,只相當(dāng)于重力的0.3%左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以對(duì)抗地球引力。我們每個(gè)小時(shí)都在被地球“溫柔地拉回來”,而不是被它“甩出去”。
這也解釋了一個(gè)冷知識(shí):赤道上的重力,其實(shí)比兩極略小約0.5%,因?yàn)殡x地心更遠(yuǎn)、離自轉(zhuǎn)帶來的“離心力”更近。但這個(gè)差距太小,小到你站在赤道上,也不會(huì)覺得身子輕了幾克。
所以,哪怕地球轉(zhuǎn)得飛快,它依然靠引力牢牢把我們“綁”在表面上。
我們?yōu)槭裁礇]有感覺“在轉(zhuǎn)”?因?yàn)楦杏X系統(tǒng)不是為這種運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的
感知運(yùn)動(dòng)的,不是眼睛,也不是耳朵,而是你內(nèi)耳里的前庭系統(tǒng)。它負(fù)責(zé)檢測(cè)加速度、旋轉(zhuǎn)和方向,但它有個(gè)弱點(diǎn):只能感知“變化”,不能感知“恒定”。
比如你坐在一輛勻速行駛的車上,閉上眼睛,你感受不到自己在動(dòng);但只要司機(jī)猛踩剎車,哪怕只減速一點(diǎn)點(diǎn),你立刻就會(huì)感覺“動(dòng)了”。
地球自轉(zhuǎn)的速度雖然快,但它的角速度非常穩(wěn)定,約為:
360° / 24小時(shí) ≈ 0.000694轉(zhuǎn)/秒
這個(gè)變化太小太平滑,前庭系統(tǒng)幾乎無法捕捉到。我們并不是沒在旋轉(zhuǎn),而是我們的生物感知器官根本“察覺不到”這么平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
此外,我們生活在一個(gè)“封閉參考系”中,就像一直坐在一個(gè)沒有窗戶的轉(zhuǎn)盤上,你無法用身體判斷自己是否在轉(zhuǎn),除非有參照物發(fā)生變化。而地球上的物體都在一起轉(zhuǎn),沒有參照物,自然就沒有“感覺”。
所以不是我們不敏感,而是地球轉(zhuǎn)得太穩(wěn)、太大、太統(tǒng)一,我們天生就察覺不到這種宏觀運(yùn)動(dòng)。
那我們是怎么知道地球在轉(zhuǎn)的?
我們感覺不到,并不意味著地球沒在轉(zhuǎn)。恰恰相反,人類早在200多年前,就用實(shí)驗(yàn)證明了地球的自轉(zhuǎn)。
最著名的證據(jù)之一,是1851年法國物理學(xué)家傅科(Léon Foucault)在巴黎萬神殿做的“傅科擺”實(shí)驗(yàn)。他在穹頂下掛起一個(gè)67米長、28公斤重的巨大擺錘,發(fā)現(xiàn)在不受干擾的情況下,擺錘的擺動(dòng)方向會(huì)隨著時(shí)間緩慢旋轉(zhuǎn),24小時(shí)偏轉(zhuǎn)一整圈。
但其實(shí),擺錘本身并沒有“自己轉(zhuǎn)”,而是地球在它腳下轉(zhuǎn)動(dòng)。傅科擺成了人類第一次“肉眼看到地球自轉(zhuǎn)”的裝置。
類似的觀測(cè)還有地球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致的科里奧利力偏轉(zhuǎn):北半球的低氣壓系統(tǒng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),南半球順時(shí)針,是因?yàn)榭諝庠谛D(zhuǎn)地球上運(yùn)動(dòng)時(shí)受到偏轉(zhuǎn)。這也是為什么臺(tái)風(fēng)總是從赤道兩側(cè)反方向打過來——大氣也在“感受到地球轉(zhuǎn)”。
所以,我們雖然感覺不到,但用物理方法,已經(jīng)“抓個(gè)正著”。
如果地球突然停下來,我們會(huì)怎么樣?
最后一個(gè)問題:如果地球真的突然停轉(zhuǎn),我們會(huì)不會(huì)被瞬間甩飛?這個(gè)問題,其實(shí)能反過來幫助我們理解:我們現(xiàn)在在以多么穩(wěn)定的方式高速運(yùn)動(dòng)著。
根據(jù)牛頓第一定律(慣性定律),如果地球突然停轉(zhuǎn),表面上的一切都將保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。也就是說,大氣、海洋、人、建筑,全都會(huì)以原本的自轉(zhuǎn)速度(赤道上約1670公里/小時(shí))繼續(xù)向前沖。
這會(huì)是什么后果?NASA的模擬顯示:大氣會(huì)突然掀起超級(jí)風(fēng)暴,風(fēng)速高達(dá)音速的80%,足以摧毀大部分地表建筑;海洋會(huì)沖向兩極重新分布;地震、火山、大氣層結(jié)構(gòu)都會(huì)被重塑,人類文明幾乎無法幸存。
這聽起來像科幻,但它證明了一個(gè)非常現(xiàn)實(shí)的事實(shí):我們現(xiàn)在之所以平穩(wěn),是因?yàn)榈厍蛟谝砸环N極其穩(wěn)定的方式轉(zhuǎn)動(dòng)著,而我們?cè)缫驯弧敖壎ā痹谶@個(gè)系統(tǒng)中。
所以我們不暈,不飄,不飛,是因?yàn)槲覀円恢痹诤偷厍蛞黄稹拔鑴?dòng)”,而這支舞,從未停過。
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