地球上的任何物体只要在没有受到支撑力的情况下,都会不可避免地加速坠落到地面,这一现象在生活中十分常见,当然人类也早已发现了物体会自发坠落地面的现象,但并不知道其中的本质原因。
除了发现物体会坠落,早期的人们还发现,轻的物体会上升,通过这一点人们将早期的物质组成成分归纳为了水、土、气、火这四种元素,虽然这样的说法解释了地球上看到的自然现象,但却解释不了地球以外的世界,例如:月亮、太阳、恒星等天体为何会漂浮在宇宙中。
直到17世纪,牛顿通过自己非凡的洞察力,发现并提出了物体运动三大定律。三大定律我们非常熟悉,这是我们刚接触物理时就学到的最基础的物理法则。但这里我还是要重复下,因为今天这个问题完全可以用这三个定律去解释,牛顿认为:
一个物体在没有收到任何净外力的情况下,会在惯性的作用下一直保持自己的初始运动状态,这个初始的运动状态就是:静止或者匀速直线运动。那么一个物体在受到任何净外力的情况下,会在这个力的作用方向上产生一个加速度,并且改变物体最初的运动状态,这个加速度的大小就等于F/M。在给一个物体施加一个力的同时,这个物体会向施加力相反的方向施加一个大小相等力,也就是反作用力。
看似简单的三大定理却构成了整个经典力学的基础,并且牛顿也正是通过这三大定律发现了万有引力的存在。你看,物体不能漂浮在空中,却自发的加速下落,这说明物体受到了外力的作用,而这个力整个地球和物体之间产生的无形的吸引力。所以万有引力这个看不见摸不着地力并不是牛顿凭空想象出来的,正是在第一、第二定律的基础上发现的。
现在我们知道两个质量物体之间可以产生引力,导致两个物体加速靠近对方,而这个引力正是地球上所有质量物体重量的来源,并且我们还知道引力和加速度是等效的,我们之所以能稳定地站在地面上是因为有引力的存在,也可以说是我们无时无刻都在以一个G的加速度向地球表面坠落。
所以我们在地球上向上举起任何的重物,都需要花费比地球引力更大的力,来为其提供一个与引力相反的加速度,才能改变物质最初的状态。不过在理想的宇宙空间中的话,由于没有地球引力的存在,也就没有向下的加速度,任何物体都会保持自己最初的运动状态,漂浮在宇宙空间中,所以就不存在举起物体这样的说法,因为我们在地球上所说的举是针对与克服引力来说的。而在外太空我们并不需要克服任何引力或者加速度。
所以不管珠穆朗玛峰的质量在怎么大,只要它脱离的地球的引力范围,它就没有任何的重量,因此你完全可以简单地让这座大山处在你的头顶之上,并且做出一个托举的动作,并且不费任何的力。
上面说的情况是理想状态下的宇宙空间,在真实的宇宙中,很难存在一个完全没有引力作用的区域,因为引力是一个以光速传播无限远的作用力,所以在宇宙空间中也存在其他遥远天体所产生的微小引力,那么珠穆朗玛峰如果被放进外太空,就会在微重力环境下受到一个非常小的引力作用,那么珠穆朗玛峰就会在这个力的作用下产生一个向引力源坠落的加速度,虽然加速度很小,但只要经过非常长的时间,也会加速到一个可观的速度,直到绕这个引力源做公转运动。
这时的珠穆朗玛峰也可以认为有了一个重量,因为在向引力源的中心产生了一个加速度,那么你能改变通过自己手臂的推力改变珠穆朗玛峰的运动方向,或者说把它托走移出轨道?
这个问题的答案很明显不能,因为牛顿第三定律告诉我们力的作用是相反的,当你向珠默朗玛峰施加一个推力的时候,你也会受到了相反的力,但这个力对你和山会产生一个截然不同的加速度,因为山的质量要比你大多的,在相同的力的作用下,山所获得的微小加速度并不会改变其任何的运动状态,反而你会被推走。
所以你要是想把太空中的珠穆朗玛峰完全控制在你的手里,你必须要有一个动力源,给你提供支撑点或者更大的加速度。
总结一个
如果宇宙中完全没有引力的话,山也不会在任何的方向上产生加速度,你只要和山保持相同的运动状态,那么你就可以认为你把珠默朗玛峰举起来的。
但牛顿三大定理会导致你在没有动力源的情况下是无法改变山的运动状态的。
如果宇宙中有微重力环境,那么山就会产生一个加速度,也就是存在重量,如果你想要阻止山向引力的方向坠落,那么需要提供一个比微引力更大且持续的推力,同样的在没有任何动力源的情况下,也无法实现这一点。