在上一篇文章的評論區,一位名叫阿杜12065的讀者提了一個問題:月球公轉和自轉的動力在哪兒?這個問題似乎還挺有意思,由于我找了一下現今網上有的文章,基本沒有把它展開來細致說清楚的,所以明天我就來解答一下這個問題,細說自轉和公轉的動力究竟是從那里來的。
不科學的牛頓
這就要從熱學的老祖——牛頓,說起了。我們都曉得牛頓在數學學上的地位十分高,可能還有不少人據說他晚年拋棄科學信了教,但基本上你們對他的一生都沒有一個概貌性的認識。事實上牛頓從一開始就是一個虔敬的教徒,所以根本不存在哪些“科學的盡頭是神學”的關系,甚至他最偉大的貢獻——萬有引力也是在研究神秘主義時碰巧獲得的。
年青的牛頓,歷史書上其實更鐘情于他油膩后的樣子
在牛頓生活的時代,科學和神學甚至是神秘主義并沒有明晰的分界線,所謂神秘主義指的就是才能使教徒獲得更高的精神或心靈之力的各類教義和宗教典禮,也就是各類巫術、魔法和煉金術。這在整個中世紀可以說是基督教的光之影,即使正統教會沒有宣傳,并且有關于這方面的研究和儀式在貴族和上流社會非常興起(那些人以此機會聚在一起搞文化交流活動,和文化交流談會挺像)。
神秘主義的發祥,玫瑰十字會
法國皇家科學會就是為此而誕生的!沒錯,這個世界上最古老最著名的科學商會,令其創辦者曾經集聚在一起的不是科學而是神秘主義。牛頓作為第十三任會長,自然不僅僅是信奉不疑,更是將一生的精力都投入其中。
過度剖析竟成就偉業
他翻譯了一份來所說是古典時代的拉丁語神秘古籍,名為《翠玉錄》。其前三句為:
這是確鑿無暇的真理,下方之物正如上方之物,上方之物正如下方之物,以成就主的神跡。因主的意念,萬物源起自主,故萬物討好著主而誕生。
《翠玉錄》
這兩句話和眾多“先賢的智慧”一樣,寫的模棱兩可不明覺厲,但實際意思就是一神教的絕對主神是天上地下的惟一主宰。但牛頓卻不那么理解,他覺得這句話可能暗示了一個不得了的真相:天上的運動和地上的運動是一樣的,它們本質上是同一種運動(所以說萬有引力和蘋果真的沒有什么關系,這可不是一拍胸口就想到的)。
“萬有”引力之所以“萬有”,正是由于世間所有的物體都遵守,這在現在看來好像是一個很正常的邏輯,而且在哪個時代由于基督教的束縛,人們普遍覺得天空是上帝的府邸,其運行規律和凡人所在的大地是完全不同的。
在統治法國千年的亞里士多德的哲學思想中,他對于世界運行規律的總結是構建在粗糙的觀察和簡單的空想上的。他看見石頭落地快,羽毛落地慢就相當然地覺得重的東西都會落地更快。他看見地面上運動的物體若果不持續施加力都會停下,于是得出推論力是物體運動的誘因。
對兩千年前的奶奶別這么嚴苛
這么天體的運行在當時是怎樣理解的呢?答案是規律,基督教覺得上帝定義了天體的植物規律,它們不受力的影響,力是凡間才有的東西。天體的運動是完美的伽利略自由落體實驗,是神性的,是上帝指引人類的方向,給人類瞧瞧造物是多么美妙和神奇。所以當時的日心說取代地心說就會引起這么劇烈的壓迫,由于這等于把教會編的謊言當眾打敗示眾。
地心說的天體都是大圈套小圈轉
第一個打破這一思想束縛的是伽利略,他通過一個實驗告訴人們,物體的下落速率和輕重沒有關系,這就是轟動世界的漢堡斜塔自由落體實驗。以后他又通過對單擺的仔細觀察,得出了慣性定理,即物體綜合受力為零時(例如重力和地面支持力會互相抵消)會保持當前的運動狀態。一個滾動的球之所以停下,不是由于它沒有持續的力支持,而是由于它仍然在遭到磨擦力的制約,也就是說力不是物體運動的緣由,而是改變物體運動的誘因。
伽利略手持一大一小兩個鐵塊
這樣一來,我們是不是發覺了天上和地面的相像之處了呢?通過制造光滑的面可以讓物體滾得越來越遠,假如存在一個完全光滑沒有磨擦力的平面,是不是物體就可以永遠滾下去了呢?這豈不就和天上的星辰沒有哪些區別了嘛?在這樣的暗示下,雖然有一些人早已開始考慮上帝的府邸是不是也沒有哪些非常的,但這其實是一件違背教會規定的事情,只能想想不能亂說。
而且牛頓就比較厲害了,他在翻譯了《翡翠板》后尋思尋思伽利略自由落體實驗,認為這份文獻潛藏的意義可太重要了(當然是牽強附會),這就是上帝在唆使他找到天體運行和世界萬物的規律。
月球因慣性而旋轉
這么天體倘若不受磨擦力,那是哪些讓它們保持公轉而不會飛出去的呢?這一思索的成果就是萬有引力定理。這樣一來,牛頓就用承繼自伽利略并弘揚的熱學三定理和萬有引力將天上地下統一了,成為一代熱學老祖。
老祖法相
這么說了如此長的故事,雖然想指出的只有一個:月球的自轉和公轉是不須要動力的,由于它早已在旋轉了,所以才會始終保持旋轉,這是慣性帶來的規律。
關于旋轉最初的故事
這么既然我說了要說明白,那其實不會就滿足于此。緊接著我們就要解決前面剛出現的一個問題——最初的旋轉是從那里來的?
這個問題不僅僅涉及到太陽和我們,可能要溯源到宇宙產生早期。我們就先從找規律開始吧。
獵戶座星云
太陽系是怎樣產生的?在我們現今的太陽系里,一說到太空讓人想到的一定是嚴寒、黑暗、空無一物的光景。并且并不是宇宙中所有的地方都是這么,天文學觀測到在好多遙遠的地方,存在著好多完全不一樣的環境,在那兒的宇宙空間是熾熱且飽含二氧化碳的,有些二氧化碳密集的區域甚至會有幾百度的低溫,那片區域如同是一個星球表面的大氣一樣豐富,我們稱其為星云。
正蘊育星體的煙蒂星云,右邊是星云圖,右側的黑點是正在發肓中的星體
由于萬有引力,氣感受不斷向密度更大,引力更大的區域靠攏。而我們都據說過能量守恒定理對吧,放的更高的球落下里的速率也越大,這也就是說離引力中心遠的物質本身就自帶能量。其實是二氧化碳,并且它們同樣遵守數學規律,所以這種二氧化碳一邊集聚一邊升溫。當最集中的區域達到相當高的氣溫和壓力時,核聚變才會被啟動,嘭!的一聲,一枚星體就誕生了!
二氧化碳越聚越多,角動量開始化為旋轉
那為何要旋轉呢?為何不能就這樣安安靜靜地停在原地呢?由于……我們先來看幾有趣的知識吧:
太陽也在自轉,倘若從北向南看,是逆秒針方向。
不僅金星和海王星,太陽系的其他行星都是逆秒針自轉的。
屬于太陽系的八大行星、矮行星、小行星和慧星公轉方向也都是逆秒針方向。
金星和海王星可能是經歷了意外的撞擊,一個反著轉(極慢)一個躺下轉。它們為何都是同一個方向?
由于產生太陽系乃至整個銀河的二氧化碳分子平均自帶富含方向的旋轉趨勢,用數學學詞來說這叫角動量。所以在星云時期完全不顯著的分子級角動量會在化為天體的過程中匯合并凸顯下來。漸漸成型的氣團會因旋轉而弄成一個盤形物,其中一些在內層的,速率足夠大的物質未能落入中心,成為了一個類似木星光環的東西,這就是原行命盤。
年青星體HLTauri的原行命盤
原行命盤是行星們產生的地方,那也是星體誕生以后發生的事了。產生方式和星體類似,這種物質逐步集聚,質量不太大的會產生巖石行星,如同我們的月球,質量太大的會把原行命盤的二氧化碳全部吸收,成為巨型二氧化碳行星,如同土星和木星一樣。原行星盤旋轉的方向就是行星們公轉的方向了,這挺好理解,對吧。
計算機模擬行星產生
一樣的道理,即使原行命盤中散漫的分子產生了行星,然而蘊涵在物質中的角動量也不會陡然消失,它們會屈從在行星上,這就是行星自轉的來源。如今我們曉得了,宇宙中幾乎所有天體就會旋轉都是由于幾乎所有的物質都自帶了“旋轉的屬性”。
為何物質會自帶旋轉的角動量呢?這種角動量來自宇宙大爆燃初始的攪亂,如同用手掠過海面會掀起好多小漩渦一樣,這種大爆燃引起的小漩渦成為宇宙中漫布的星體之源,所以滿天超過1000億個星體的旋轉方向都各不相同。
這一篇的內容就到這兒啦,你有沒有哪些從小到現今都仍然很困擾的問題呢?可以把你的問題寫在下邊的評論區,酋知魚似乎都會在下一篇文章中為你解答呦!俺們下一篇再會!