地球自西向东转,那飞机向东飞和向西飞,哪个更快?

问你个问题,我们知道地球在自西向东自转,那一架飞机向东飞相对于地面快呢,还是向西飞相对于地面快?如果你现在正在思考哪个飞机快,那你就有必要把今天的视频看完了。

因为答案是一样快!是不是有点违反直觉。那这跟宇宙学这个系列有啥关系呀?关系大了去了。

因为从这个系列的开篇我们就留下了一个问题,地球在转为什么我感觉不到?为什么地球在转,我跳起来还能落到原地?为什么我抛手中的东西,这个东西还能分毫不差地落回我的手中?当然还有今天的飞机这个问题。

那么从上篇文章结束以后,我们又留下了两个问题,哥白尼和开普勒说,太阳位于宇宙的中心,那证据呢?对吧,虽然你开普勒的理论很好用,但科学是要讲究实证的。还有,为什么行星绕太阳的轨道是椭圆的?

好,今天我们就解决这些问题。那要解释这些问题,就必须要提到两个人了:伽利略和牛顿。

1609年,这一年对天文学来说非常的重要,因为我们找到了一种物理外挂,使我们的眼睛能够看的更远,看的更清晰,这就是望远镜。

望远镜其实是在1608年发明的,据说是荷兰的一个镜片商人,他家里的孩子有一天拿个两个镜片,一个是凹透镜一个是凸透镜,孩子嘛就喜欢拿着镜片到处看,当他把凸透镜放在前面,凹透镜放在后面的时候,就发现远处景物立马出现在了眼前,非常的清晰。他就把这个事告诉了他爹。这就是望远镜的来历。

那么伽利略在听了这事以后,他也买了两个镜片,并把两个镜片装进了一个圆筒里面,这其实还是一个普普通通的,商店里能够买到的望远镜。

那么一般人买来这么个东西,第一反应就是,这看妹子不是就方便了嘛,他就悄悄地把望远镜对准了别人家的窗户,但伽利略不同,它把望远镜对准了天空。从这一刻起,这再也不是一个简单的偷窥神器了,而是一架天文望远镜,它将改变人类对宇宙的认识。

伽利略制作的第一架望远镜口径只有15毫米,只比人眼的瞳孔大了6毫米,正是这6毫米的差异就获得了更多的通光面积,能够捕捉到更多的光子。后来经过不断的改进望远镜的放大倍数也在不断的提高。

他首先观察了月亮,发现月亮并不是亚里士多德所说的完美无瑕,而是坑坑洼洼的,这再一次否定了完美宇宙论,上帝创造的东西并非都是完美的。他专门还给月亮画了一幅素描。

接下来伽利略就发现了两个反证地心说的现象,在1610年的一天晚上,伽利略在观察木星的时候,发现有四个小东西,在木星的周围,每天完成会呈现出不同的排列,他认为这四个小东西就跟月亮一样是木星的卫星,在绕着木星旋转。

现在我们知道这四个小东西是木星最大的四个卫星,现在我们叫他们伽利略卫星,这个发现就反证了托勒密模型,认为所有的天体都在绕着地球转,现在很明显有东西在绕着木星转,这你没法解释吧。

伽利略就把以上的观测实证,写进《星迹信使》中,这本书在圈子里就引起了巨大的轰动,当时你每个人都可以拿着望远镜来证实这件事。

紧接着伽利略又发现了一个铁证,他看到金星并不是一个亮点,而是一个月牙的形状,跟我们的月球一样,有的相位的变化。当金星离地球近的时候,就像个月牙,远的时候,也就是和地球分别位于太阳两侧的时候,就是圆形的。这个观测直接就证伪了地心说。

这时的教会才彻底慌了,以前虽然哥白尼发表了天体运行论,开普勒发表了三大定律,但都是思想上争辩,你又拿不出证据来说明我的地心说就不对。

但伽利略这是实打实的在挖教会的墙角,所以罗马教廷盛怒之下就开始打压日心说,把天体运行论列为禁书,并把伽利略抓了起来。

但伽利略是个聪明人,跟教会抬杠犯不着呀,他立马就服软了,承认了自己的错误。在这之后也就是1623年,老教皇驾崩,新教皇上任。他是伽利略的朋友,所以伽利略又开始在危险的边缘疯狂地试探。

5年之后又写了一本书《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》,在这本书中伽利略就解释了为什么我们感觉不到地球在转?

其实就是一句话:力学定律在惯性系下保持不变,称为伽利略相对性原理。好,我解释一下,现在你坐在一列火车中,火车匀速直线向前行驶,假如你不往外看,那么你在火车中不管做任何实验都无法分辨火车是静止,还是在运动。对吧。

这说明静止状态和匀速直线运动状态是等价的,这两种状态有一个名字:惯性系。说白了就是,在惯性系中,你无法分辨静止,还是运动,对吧。

因为我们的地球近似于一个惯性系,所以我们处在地球上,感觉不到他在动。就是这么个道理。那飞机呢?

好,我们在想象这样一种场景,现在在火车内,有一只苍蝇,你说他向前飞的话,相对于你快呢?还是向后飞,相对于你快?

很明显一样快,对吧。同样飞机和地面上的你处在地球这个惯性系中,他不管朝哪个方向飞,相对于你的速度都是一样的。

这里需要说明的是,实际情况就比较复杂了,飞机朝不同方向有时相对于地面的速度确实不一样,但这跟地球自转一点关系都没有,而是大气环流造成的。

民航客机有时相对于地面还能超音速呢,但是他相对于空气的速度,其实还是自己平时的巡航速度,不可能超音速的,超音速民航客机就解体了。

好,这伽利略就解决了两个问题,对吧。接下来我们说牛顿。

关于牛顿,之前在相对论中,我也讲了很多,这里就不细说了,相信大家也知道,牛顿在原理中,发表了力学三大定律以及万有引力,从中就可以推导出开普勒的三大定律,这就为开普勒的三大定律提过了理论支撑,回答了开普勒回答不了的问题。

那么牛顿的力学体系也让人们摆脱了以往的臆想和猜测,为当时人们看到的所有现象,不管是地上的,还是天上的都提供了解释。总之是非常的牛。

就像诗人蒲柏说的那样,自然和自然规律隐藏在黑暗之中,上帝说,让牛顿去吧,于是一切变为光明。

那么最后的问题是,牛顿的引力理论对当时人们的宇宙观产生了怎样的影响?是这样的,当你把牛顿的引力理论用在行星轨道问题上,他会表现得非常精确,非常好用。

但是当你把牛顿的引力理论放在整个宇宙当中思考的话,就会产生一个悖论,如果物质之间都在相互吸引,那为什么我们的宇宙没有坍缩呢?这叫本特利悖论。

牛顿为了解释这个问题,就说宇宙是无限的,物质分布得非常均匀,所以他们的引力给平衡掉了,所以宇宙没有坍缩,但这又引发了奥伯斯佯谬。

好,这就是我们下个视频的内容。如果你想知道牛顿发现万有引力的过程,我之前写过一篇文章,你可以看下,我会把链接放在评论区的。