地球质量达60万亿亿吨,为何能悬浮太空,而没有掉入宇宙深渊

日常经验告诉我们:万物都会“往下掉” , 这是地球引力的作用 。 而如果你在太空中观看我们的地球 , 会发现地球像是一直“悬浮”在太空中 , 貌似并没有往下掉 , 为何会如此?
需要从以下几个方面来分析这个问题 。
首先 , 地球(或者是其他星球)真的是“悬浮”在太空中吗?
地球质量达60万亿亿吨,为何能悬浮太空,而没有掉入宇宙深渊
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非也!不但不是悬浮在太空中 , 恰恰相反 , 地球真的是一直在“向下坠落”!
如何理解?
举个例子 , 一个非常通俗易懂的例子 , 你甚至随时可以在现实生活中重现这个例子 。
在大马路上随便捡起一块石头 , 向前扔 , 你会发现石头会飞出一段距离 , 但总是会坠落到地面上 。
当然你力气越大 , 石头飞出的距离就越远 , 但石头还是会落到地面上 。
地球质量达60万亿亿吨,为何能悬浮太空,而没有掉入宇宙深渊
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接下来放飞你的思想 , 来个思想实验 。 假设你拥有无穷大的力量 , 随着你扔石头的力量越来越大 , 石头飞出的距离也会越来越远 。
接下来你肯定感觉到什么了!
没错 , 总有一个力量的临界点 , 当达到这个临界点 , 石头就不会坠落下来了 , 而会成为地球的“卫星” , 一直绕着地球运行 。
但不会坠落下来 , 不代表石头就没有坠落的趋势 , 不代表石头就是悬浮的 。 实际上石头一直在朝向地球坠落 , 说得更通俗点就是石头一直在做“自由落体”运动 , 只不过是有“水平”方向速度的自由落体运动 。
假设你的力气差一点达到临界点 , 会发生什么?
石头会绕地球一圈 , 然后落到你脚后跟那里(当然是理想情况 , 这里就不要较真了!) , 然后你的力量稍微大一点 , 石头就不会坠落到地面了 。
地球质量达60万亿亿吨,为何能悬浮太空,而没有掉入宇宙深渊
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这也是著名的“牛顿大炮”的设想 。 当石头坠落的弧形与地球的球体弧形一致时 , 石头就不会坠落到地面 。
而地球不正是一块巨大的“石头”吗?
其次 , 我们通常所说的“向下坠落”具有很大的局限性 , 只适用于地球(或者其他星球)的表面 , 在地球上我们能很好地定义“上下” , 但到了浩瀚太空 , 定义“上下”就没有这么容易了 。
或者说 , 在太空中 , 根本无所谓“上下” , 没有“上下”的概念 。
地球倒是想“向下坠落” , 但哪里是“下”啊?
最后 , 地球倒是想掉入“宇宙深渊” , 但“宇宙深渊”到底在哪里?或者说“宇宙深渊”到底是什么?
地球质量达60万亿亿吨,为何能悬浮太空,而没有掉入宇宙深渊
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正如刚才所说 , 地球确实在“向下坠落” , 但这里的“向下”仍旧是一个局部概念 , 在太阳系范围内 , 地球确实一直朝着太阳的方向坠落 , 但坠落的弧形正好与太阳弧形一致(当然也是理想情况 , 实际上地球轨迹是椭圆) , 所以不会落到太阳表面 。
说白了 , 地球其实一直在朝着太阳做自由落体运动 , 正如空间站同样朝着地球做自由落体一样 , 这也是为什么空间站上的宇航员会完全失重 , 自由落体当然会失重了!
从物理学角度来讲 , 地球其实在沿着时空的“测地线”在运动 。
地球质量达60万亿亿吨,为何能悬浮太空,而没有掉入宇宙深渊
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何为“测地线”?
类似于“平面上两点之间直线最短” , 时空的“测地线”就是时空的最短距离 。
而广义相对论告诉我们 , 时空并非是平直的 , 而是弯曲的 , 引力的本质正是时空的弯曲 。 天体沿着弯曲的时空做测地线运动 。
有一句话形容 , 就是“时空告诉物体如何运动 , 物体告诉时空如何弯曲”!
地球质量达60万亿亿吨,为何能悬浮太空,而没有掉入宇宙深渊
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有质量的物体(尤其是大型天体)可以让时空发生弯曲 , 然后物体沿着弯曲的时空结构运动 。
有人可能会有疑问:时空朝哪个方向弯曲呢?
不是上也不是下 , 只会朝着物体的质心弯曲 , 就像下图那样 , 运动的物体让周围的时空弯曲 。
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当然 , 有人还会有疑问:地球向太阳坠落 , 太阳向银河系中心坠落 , 银河系向哪里坠落呢?……
如此追问下去 , 问题就会演变为:我们的宇宙为何不坠落?
哲学上这种思想:任何问题一旦追问下去 , 都不会有答案 , 都会走向死胡同 。 科学也属于哲学一部分 。