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诺贝尔奖获得者与儿童对话

地球还会转动多久

  你们想从我这儿知道,地球还会转动多久?这确实是一个好问题,因为当我们能够思考时,就一直在考虑这个问题。我自己之所以成为物理学家,仅仅是因为,我在学校里永远也弄不明白地球和月亮究竟在干什么,所以就决定自己来弄清楚它。现在你们一定要好好留神听,因为我所要给你们讲述的,并非全都很容易理解。连最最聪明机智的人也为你们提出的这个问题,绞尽脑汁而找不到答案。

  我们所知道的是:地球在绕着自己的轴线转动。轴线是指一条想像出来的北极和南极之间的线,这条线精确地通过我们这颗行星的中心点。一切都在随同地球一起转动,也包括我们人类。当然我们感觉不到这一点,因为地球是如此之大,它的运动在我们看来就显得缓慢之极。但是,你们能够从每天有早晨和晚上察觉到地球在转动。如果你们和你们的父母所在的地方朝向太阳,这就是白天,如果它避开太阳,这就是黑夜。你们就想想一个玩具陀螺好啦。你们给它必要的推动力,它就会转动。然而和陀螺不一样的是,地球不仅在原地转动,同时还绕着太阳转圆圈儿。仔细看去,这不是真正的圆圈儿,而是一个椭圆。一个椭圆是一条看上去像绕着一个鸡蛋画一圈的线。

  现在我们最好想像一下三个球状体:其中的一个是地球,一个是月球,还有一个是太阳。三个球自身都在转动;此外,它们还不停地在所谓的公转轨道上活动着。地球绕着太阳转,转一圈就是一年。月亮绕着地球转,转一圈大约4个星期。太阳绕着银河系的中心转,这个中心是一个大得令人难以置信的空间,太阳、月亮以及所有的星星都在这个空间里。这一转动大约要转25000万年。这个时间长得让我们简直无法想像。你们既然想知道地球还将转动多久,就一定也想知道,这一切是如何开始的,是什么时候开始的。可惜我们之中没有哪个人清楚地知道这些。我们猜测,几十亿年前发生过一次大爆炸:原始爆炸。在爆炸过程中产生了原子,随同这些原子一起也产生了各种物质。各种物质坚固的部分,组成了绕着太阳转动的各种行星。但是太阳究竟是什么时候生成的,这一点我们只能大约地估计,因为这涉及到用我们的时间概念无法理解的一段时间。

  我刚才谈到的那些行星,今天我们不再认识它们了。我们只知道它们曾经存在过,因为我们的地球以及晚上你们在天空上看到的所有星星,都是由它们生成的。当时原始行星像饼干那样破碎,因为巨大的引力影响了它们。随后尘埃、碎石便在宇宙中呼啸地飞过。所有的这些物质形成团块,这些团块又生成新的形态:卫星、行星或彗星。譬如我们的月球是一颗卫星,我们所在的地球是一颗行星,而一颗彗星则是由冰物质和其他岩石物质组成,它在宇宙中飞行,你们有时能看见它。

  地球为什么绕着自己的轴线转动,这一点我们不知道。地球就是这样转动的,虽然它大可不必为了呆在它的公转轨道上而这样转动。在这里我要再说一遍:在宇宙中有许多我们无法解释的事物。我们知其然,却不知其所以然。许多这样的事物我们也许将永远也理解不了。我以为,人们之所以喜欢谈论上帝,一个万能的造物主,他创造了宇宙,包括各种行星,地球上的人类、动物和植物,是因为想到有一种不可抗拒的力量,我们不懂的它全懂,这对我们来说是一种安慰。但总是有很聪明的人,他们研究我们的世界,并且已经发现了某些有关这个世界的秘密,其中的一个人是艾萨克·牛顿。他生活在很久以前的英国,曾发现了运动定律:一个坚硬的、固态的物体在作直线运动时,若没有遇到阻力,它绝不会停止运动。一个重要的前提是,这个物体是固体。人们称这个理论为牛顿运动定律,你们一定会在学校里的物理课上学到它的。

  你们看,回答你们的问题,不是一件很容易的事。我们先得谈许多别的事情,但是我们已经渐渐地接近我们的目标了:运动受到阻力而停止。一种阻力可能是地面或水,也可能是空气。虽然这些话现在对你们来说,听起来滑稽可笑。你们把手从一辆行驶着的小汽车的车窗伸出去,你们会感觉到什么?正是阻力。譬如每一个球,每一个台球,每一块砖一落到地面上,就停止运动了。但在宇宙中,这些东西将永远继续飞行,因为太阳、地球和月球飞行于其中的宇宙,是一个没有空气的空间,其中没有阻力。

  为什么月球绕着地球转,绕着太阳转,这很简单,它们互相吸引,像磁铁。从根本上说,你可以把每一颗行星想像为一块磁铁。太阳、地球和月球在理论上将会相向运动,直至它们互相碰上,但是使它们互相吸引的这种引力还不足以做到这一点。月球离地球384400公里,地球离太阳约15000万公里。我们之中没有人能够想像这些距离有多大。但是你们在电视里一定看到过,一个记者从欧洲向美国的一位同事提一个问题。两个人相距十分遥远,得延缓一会儿问题才会传到对方。这只是几分之一秒的时间,但是我们觉察到了,因为这个问题必须旅行,它经无线电通讯达至地球上空飘移到卫星,然后又从卫星传回地面。如果我们向月球上的一个宇航员提一个问题,大约需要延续一秒,这个问题才到达月球。而到达太阳则需要延续8分钟,因为太阳离地球太远。

  那么,我们现在知道,地球、月球和太阳一直在继续运动,因为它们在宇宙中奔驰,宇宙中没有阻力。现在事情变得有趣起来了:我马上就给你们解释,为什么尽管如此,地球还是会无止境地继续进行运动。

  如果地球是一个坚硬、固态的物体的话,那就好说了。可是我们的地球不硬。你们不妨把它看做是一块夹心巧克力糖,它由好几层组成:一层液态的核,一个中间层,一层外套,一层表皮以及罩在四周的一个外壳。这个外壳这就是我们上空的空气层,在空气层的上方还有宇宙的真空。在空气层中有什么东西在运动,这一点你们知道,因为云在飘动,风在吹拂。此外你们还应该知道,在夹心巧克力糖的各个层面中都存在运动。这种运动部分以相反方向进行,就像地球表面的运动。由于相叠的各个层面在某种程度上可以说是在漂浮、运动和做着极其奇特的事情,所以地球不是刚体。

  现在你们只需想着地球的表皮层。我们就是在这一层上运动的,它是我们能够看见的土地和海洋。地球表层是我们的夹心巧克力糖各层中最薄的一层,其中的70%被水覆盖。最大的水面是四大洋,它们有落潮和涨潮。我希望在我继续讲述之前,你们先做一个实验:拿一只大塑料碗,将它装满水并摇晃它。如果你们现在试图移动这只碗,你们就会发现,你们所用的力气要比在在容器里静止不动时更大。

  可惜我们的地球在慢慢地耗尽力量,因为它必须带着所有这些因落潮和涨潮而晃动着的水不停地转动,所以它越转越慢。并不是慢了很多,也许每年只慢几分之一秒,但是岁月却因此变长了。所以我们不得不一再地把钟表的指针往后拨。在先前存在恐龙的年代里,地球转动得更快。当时一天只有大约23个小时。在将来的某个时候,一天将会有25个小时,然后26个小时,如此等等。所以总有一天,地球会停住不动。现在你们不必害怕,因为还要经过无限长的时间,才会发展到这个程度。但是在这段时间里,月球也会发生一些事情,这种事情同样也起一种作用:它越来越远离地球。它的引力减弱,因为它也自转得慢了。我们向月球发出信号,并等候着信号返回,这样我们就能够把月球与地球的距离测算出来。今天岁月延续的时间比从前长,虽然只长出极微小的一点点,但就是更长了。

  所以地球越转越慢,月球越离越远。在我们的未来将会发生什么事情,我们只能想像。我们物理学家认为,月球在脱离它现在的轨道后将重新回归地球。"怎么?"你们现在会问我,"为什么它会转过身回来呀?"你们问得对。但是,尽管如此,这样的事情还是会发生的,因为月球越来越接近太阳,太阳将把它重新送回来。这一点你们还就得信我的,因为我曾进行过长期的研究,是为了要把它弄懂。

  如果月球极其危险地接近地球,巨大的引力就将作用于月球,使它破裂。它的所有破裂的部分将雨点般地落在地球上,并毁灭世界。你们现在大可不必为你们的家人或朋友担心,因为还得过无数个百万年,事情才会发展到这个地步。我相信到那时,人类早就找到了一个新的宇宙,其中有另一个太阳,另一个地球和另一个月球,人们将会有可能到那里去。这将会在哪里?我不知道。但是毕竟,我们还有足够的时间去发现它。

  (本文作者:谢尔顿·格拉肖,1932年12月15日出生,美国物理学家。他因为研究阐明了电磁相互作用,而获1979年诺贝尔物理学奖。)

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