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地球是一個巨大的永動機嗎?46億年自轉從未停下,動力到底是什麼?
2023/05/05

說來也奇妙,吳承恩創作的《西游記》,其中「一跳十萬八千里」的孫悟空,竟然偶然寫出了地球上每個人類的狀態!

為什麼這麼說?原因在于地球在誕生后的46億年以來,一直持續不停地自轉著。

地球赤道周長約為40075公里,孫悟空一跳十萬八千里換算過來約是54000公里,也就是說,孫悟空的這項本領,差不多正好形容了地球上的人類一天的狀態——因為地球在自轉,所以「日行八百里」。

然而,地球為何會自轉呢?又是什麼支持地球不停自轉46億年不停歇呢?地球本身難道就是「永動機」嗎?在地球如此高速的轉動下,地球上居住的我們又為何完全感覺不到呢?

地球自轉的動力來自哪?

其實,如果你對宇宙中的事情稍加了解,你就會知道,宇宙中幾乎沒有不會旋轉的東西。地球在自轉、太陽在自轉、金木水火土星都在自轉,甚至彗星的彗核也在自轉……

夸張地說,我們思考問題的方式都太想當然了,也想反了。地球上的萬物似乎「靜止」才是常態,于是我們也這麼去考慮宇宙中的事情。

但實際上,宇宙中的萬物,「運動」才是常態。

到底是什麼促使了這一切的發生?我們不得不提到一個物理學上的概念: 角動量守恒

角動量守恒是什麼?通俗地講,角動量守恒就是一個點、一個平面或一個物體圍繞另一個點或一條軸運動的規律,是物理學的普遍定律之一。就像地球隨時繞著地軸自西向東轉動一樣。但要真正了解地球的角動量守恒,還得從它開始旋轉之初說起,也就是46億年前,地球誕生之時。

把時間倒退回46億年前,當時的太陽系還不像現在這樣,呈現出「一大恒星,八大行星」的格局,反而是一片混沌的塵埃云。

塵埃云中的物質由于相互的吸引力,并不會靜止不動,難免產生碰撞;并且,由于每粒塵埃、每個物質的品質、體積、形狀也不可能完全相同,一旦發生碰撞,較小的那個就會被「撞開」。無數物質共同進行這個過程,于是整片星云就繞著品質最大的中心旋轉了起來。

在引力的作用下,中心的星云不斷坍縮,形成了恒星,也就是今天的太陽。而圍繞著它旋轉的一部分塵土、氣體就在云霧中漸漸凝聚成了今天的地球。

也就是說,地球誕生之初就是在旋轉的,甚至作為它前身的塵土、氣體等物質就是在旋轉的,這就是地球自轉動力的來源,是它的「角動量守恒」的力。

地球真的是「永動機」嗎?

那麼,在有了起始旋轉的力之后,地球又為什麼可以連續46億年轉個不停呢?這與我們在生活中常見的兩個物理學概念有關:第一是「慣性」,第二是「摩擦力」。

我們都見過陀螺旋轉的場景,為什麼只在一開始給陀螺一個力,陀螺就能轉起來呢?是因為世間萬物都有慣性,也就是說,萬物都有一種趨勢,要保持它上一秒所處狀態的趨勢。

就像我們坐車時,如果司機突然急剎車,我們就會跟著飛出去一樣。因為雖然車已經停下了,我們的身體卻還保持著上一秒和車一起運動的趨勢,還想繼續向前,無法跟著車輛一起突然停下,于是才會不受控制地飛出去。這就是我們生活中最常見的「慣性」的例子。

那麼,又是為什麼我們轉動的陀螺不能像地球一樣在幾十億年里都轉個不停呢?難道是因為我們給它的力不夠大嗎?其實并不是這樣,陀螺會停是因為無論是它接觸的表面,還是空氣中,都有著巨大的摩擦力。

我們給陀螺旋轉的動力和它旋轉時受到的摩擦力就像一水一火,水火不容,相互抵消。在強大的摩擦力的作用下,陀螺旋轉的動力就漸漸被磨損、耗盡了,于是它也就此停了下來。

地球也是一樣的道理,在它誕生之初開始旋轉時,就有了旋轉的慣性。且宇宙中幾乎是一個真空的狀態,沒有什麼「桌面」、「地板」會對它產生很大的摩擦力,空氣造成的摩擦力在地球巨大的品質下也幾乎可以避之不提,于是,地球就能在幾十億年里不停地旋轉。

同樣地,如果我們在宇宙中轉陀螺,哪怕只給它一個小小的力,它可能也能轉個幾十億年不停歇。

如果有一天地球不轉了,我們會怎樣?

當然,地球旋轉時,也不可能完全不受到摩擦力的影響,外太空雖然是理論上的「真空」,但不是絕對的真空。也就是說,地球或許真的會有停止轉動的一天。

科學家目前的研究表明,地球旋轉的速度確實不是一成不變的。在約4.4億年前的晚奧陶紀,地球繞日公轉一周約需要自轉412周,也就是說,當時在地球的一年,其實有412天。到了3.7億年前的中泥盆紀,這個數字減少到了398天。

時至今日,即使我們在日歷中規定一年有365天,實際上一年的時間也在漸漸變短。也就是說,地球自轉的速度在漸漸變緩,只不過因為這個速度非常緩慢,所以我們的感官感受不到罷了。

究其原因,其實是多方面因素的影響。就地球本身來說,它每年外逸的大氣就有上百萬噸,這必然對它本身的體積、品質等內部環境造成影響。

同時,地球內部的地殼運動如地震、火山噴發等也會影響地球自轉的速度,這種種事件都可能直接或間接地導致地球自轉速度的緩慢。

而就地月系統、地日系統來說,地球隨時受到潮汐力的鎖定,太陽、月亮對地球上海洋的引力也可能會導致地球自轉速度的緩慢。同時,這也是地球春季自轉速度較秋季更慢原因之一。

當然,宇宙中的整體環境也是一個不可忽視的因素。宇宙的環境不僅不是完全的、絕對的真空,且還存在著許多到處亂躥的隕石、彗星或太空垃圾。如果哪天它們碰巧砸到地球表面,地球自轉的速度也會難免受到影響。

照這麼說,地球還真有可能在未來的某一天不轉了。但不必太過擔心,就像現在的我們無法感受到地球自轉、公轉的速度一樣,我們也很難像感受「急剎車」一般感受地球的停轉。

因為對于地球來說,我們實在是太渺小了,完全達不到感受其速度的條件,而只能從太陽東升西落、晝夜更替、季節交替等長期的現象中間接觀察到。

但,做個假設也無可厚非,如果有一天地球真的停轉了,我們會變成什麼樣呢?

答案是:地球可能完全不適合人類生存了。不僅在潮汐力的作用下,地震、火山噴發、海嘯、台風等極端災害會變多,且地球會被一分為二,一部分永遠是白天,一部分永遠是黑夜,巨大的溫度差會使作物幾乎無法被種植,人人都面臨被餓死的困境。

不過,憑借現在地球自轉變緩慢的速度,如果真的要到地球停轉的那一天,人類或許早就尋找到移居更適宜生存的星球的方法了,當然也可能,還等不到那一天,人類就早早滅絕了!

回望人類研究宇宙、研究地球的歷史,人們開始認為地球會自轉、公轉,也不過是幾百年前的事情。在歐洲,當時的人們普遍認同亞里士多德的宇宙觀,認為萬物都圍繞著地球轉,而不久后哥白尼就提出「日心說」,認為一切星球都是圍著太陽轉。

再後來,人們不斷發現更巨大的天體、宇宙怪物一般的黑洞,這些認知也就漸漸被科學事實所推翻了……地球到底如何自轉?地球真的會停轉嗎?或許在不久后的將來,新的觀點又會在理論的支持下被提出,屆時,人類文明又將是不一樣的景象。

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