苹果怎样在太空中下落？

　　现在让我们设想，我们正在“企业号”宇宙飞船①的甲板上，在“扭曲飞行引擎”的推动下，穿梭于漫无边际的太空。我们经过一个个恒星和行星，穿过宇宙星云，越过小行星或彗星。克林贡人的太空舰队被我们远远抛下，一些巨大的漩涡状星系在远方放射着光芒。我们上面、下面、旁边到处都出现不同星体。我们找到自己的太阳系。从远处我们可以看见一个巨大的火球—太阳；还有很多小球围绕着它旋转，那些就是行星。最美的那颗蓝色行星还放射着微弱的光芒，这就是地球。

　　所有的星体都自由地悬浮在宇宙中，它们没有被绳子牵住，也没有被粘住，更没有被安装上喷气式发动机。它们是自动地沿着自己的轨道在浩瀚宇宙中穿行。在电影里我们觉得这很自然，但现实中这却是非常神奇。在地球上，东西是不像在宇宙中一样飘来飘去的，而是最终会落到地面上。为什么地球上和太空中的情况完全两样？ 为什么星系和恒星们不会挤到一块，并落到宇宙的底部呢？

　　想要理解这个问题的孩子们，你们得马上吃两块巧克力了。你们的大脑现在需要营养，因为现在必须要思考一个相当复杂的理论。这个理论，和孩子们每天的生活并不真正相关，但却是科学史上最伟大的理论之一。一个名叫伊萨克·牛顿的英国人，第一次考虑到这个问题，也由此引发了整个物理学的革命。

　　站在地球上的我们确信，东西都会掉到地面上来，而且它们都能被称重。于是，在牛顿做出伟大发现之前的人们，甚至还包括今天很多没上过儿童大学的人们都会认为，质量可以被称量。他们站在体重称上说：“啊，88公斤，也许该减点肥了。”他们也会在市场上对小贩说：“请给我一公斤李子和一公斤苹果。”然后伸出手去接苹果，但没接稳，苹果从手中落下，扑通落到地面上。

　　现在这个伟大的理论来了。先让我们把场景再转换到“企业号”宇宙飞船上，并用一个超强的望远镜来观察这颗下落的苹果。我们可以看到一颗非常非常小的圆球—苹果，和一个巨大的圆球—地球，从太空中看起来这个小球并不是落到地面上，而是以极快的速度撞向大圆球—地球。只用很短时间小球就抵达大球并粘在上面。所有从我们这里上看上去是落在地面上的东西，从“企业号”上看上去都是两个物体的相向运动—小的靠近大的。

　　为什么是小东西向大物体方向运动呢？伊萨克·牛顿在330年前就揭开了这个谜。他说，这是因为在宇宙中的所有物体都会相互吸引，所有的物体都在自己的周围产生和磁力相似的力量—万有引力。如果物体质量越大，相互靠得越近，这样的力量也就越大。对于这个理论地球上的人们很难理解。难道数学书和钢笔之间会产生引力？旱冰鞋会把随身听拉过来？或者随身听把旱冰鞋拉过去？多荒唐！

　　但事实就是这样。数学书确实对钢笔有吸引力，但十分微弱，以至完全无法对抗地球把它吸引到写字台上去的力量。如果把钢笔和数学书放到太空中，它们也会相对运动。但所有东西在地球上都只有一个方向，这就是下落。因为和地球上的所有东西相比，地球有着无可比拟的巨大质量，所以它能吸住在它之上的所有东西。人类也被地球吸引，否则人们将不会待在地面，而在空中飞舞。包含我们呼吸的空气、还有云彩和臭氧的地球大气层也被地球所吸引，待在它们现在的地方。这就是为什么地球大气不会向太空扩散的原因。

　　还有被地球吸引着的东西，那就是月球。自从45亿年前开始，它就在环绕地球的轨道上转圈。要是没有地球引力的话，它早就在惯性作用下飞到太空深处去了。因为运动方向的改变需要力的作用，只有地球通过引力把它拉住，它才能保持在轨道上旋转。它的惯性使它要飞离地球进入宇宙，但地球的引力又要把它拉下来。因为这两种力量完全平衡，它也就一圈一圈不停地飞着，并照亮夜空，让相爱的恋人、悲伤的猎狗和面容苍白的诗人们观赏。

　　伊萨克·牛顿还计算出物体间相互引力的强弱。引力取决于物体质量和相隔距离。在我们的太阳系中，太阳明显拥有最大的质量。在它周围产生了能把所有行星吸引住的巨大引力。要是太阳在一瞬间突然消失，那人类就只剩下8.3分钟的时间(光和重力到达地球的时间)，接着便将面临极度的黑暗和严寒。失去太阳引力束缚的地球，也会因为惯性，自由地飞向宇宙。

　　人类、动物和植物最多只能再幸存几秒。而地球在逃离巨大的木星之后，还会在宇宙中继续飞行，直到数百万年后的某一天遇到另一颗恒星。如果幸运的话，会以恰到好处的角度飞入轨道，在另一个太阳系成为没有生命的行星。但更可能发生的是，因为受到这颗恒星巨大引力的吸引，直接投向这颗陌生的太阳，灰飞烟灭。

　　讲了这么多，我们已经到了能回答这章问题的地方，为什么星星不会掉到地球上来？可现在地球又会突然掉到别的星星上去了。难道在儿童大学里整个世界都是颠倒的？

　　伟大的牛顿为我们解答了这个问题。牛顿发现：每一个施加于物体的力量，都会产生大小相等且方向相反的反作用力。这就是说，当恒星吸引地球的时候，地球也用同样大小的力量吸引着恒星。这下可得让孩子们糊涂了，到底是让星星掉在地球上还是地球到星星上去？我们可以先回忆一下刚才讲到的“惯性”原理：物体运动方向的改变需要力的作用，而且物体质量越大需要的力也就越大。这是牛顿的又一个伟大发现。这终于能回答我们的问题了：让我们再一次把场景转换到企业号飞船上，解释清楚“坠落的地球”这件事情。从飞船的舰桥上望出去，我们可以清楚地看到即使是最小的星星也比小小的地球大很多，重很多。太阳比地球重330 000倍。这下清楚了，在地球和恒星之间同样大小的引力，能改变地球的运动，而对恒星却难以撼动分毫。

　　能让地球掉上去的下一颗恒星是半人马座的比邻星，距离地球4.3光年。这相对于在宇宙中的比例来说，就像人们从自己的厨房走到卧室。但这也是很远很远的距离了，我们可以保证，这颗星星对我们来说是安全的。但半人马座比邻星(属于半人马座阿尔法三星系统)也以自己的质量对地球产生一点点引力，但这力量太小，完全无法把地球从围绕太阳的轨道上拉开。半人马座比邻星也对每个人产生引力，但因为只有很小很小一点，我们无法觉察，因为地球对我们的引力要比它大得多。

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