初看這個(gè)提問很水,但解讀下來卻是一個(gè)非常好的問題。因?yàn)楝F(xiàn)在流行的所有解釋都經(jīng)不起推敲,它和引力起源問題一樣,是現(xiàn)代物理學(xué)的公案。
一、現(xiàn)在流行的幾種說法解讀
1、星云坍縮理論
這個(gè)理論認(rèn)為地球和太陽(yáng)系其它成員一樣,起源于一個(gè)恒星爆炸后殘留的星云氣體,在引力的作用下,一部分收縮物質(zhì)形成了地球。按角動(dòng)量守恒原理,物質(zhì)從外圍收縮到中心后,角速度會(huì)增加。地球現(xiàn)有的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能就來源于最初的那個(gè)原始星云,在經(jīng)歷了46億年的時(shí)間后,由各種因素的損耗轉(zhuǎn)速逐漸慢下來,成了我們今天每自轉(zhuǎn)一周為23小59分56秒。
這個(gè)解釋好像可以接受,但仔細(xì)分析卻不成立。因?yàn)榘唇莿?dòng)量守恒,太陽(yáng)質(zhì)量占整個(gè)太陽(yáng)系總質(zhì)量的99.86%,那么太陽(yáng)現(xiàn)在的轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)該“非常快”才對(duì)。可是觀測(cè)結(jié)果顯示,太陽(yáng)轉(zhuǎn)得最快的赤道轉(zhuǎn)速僅為25.4天/圈,遠(yuǎn)低于行星轉(zhuǎn)動(dòng)的速質(zhì)比。
2、太陽(yáng)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)論
這個(gè)燒腦的想法出自作業(yè)幫,認(rèn)為地球在公轉(zhuǎn)過程中受太陽(yáng)磁場(chǎng)作用產(chǎn)生自轉(zhuǎn)(電磁理論),形成的地磁場(chǎng)正好與太陽(yáng)磁場(chǎng)方向相反,兩者達(dá)到平衡。
理由是:A、月球沒磁場(chǎng),所以月球不自轉(zhuǎn)。(實(shí)際月球自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期相同,都是27.2天)
B、遠(yuǎn)古時(shí),地球距離太陽(yáng)遠(yuǎn),轉(zhuǎn)速也快;現(xiàn)在地球靠太陽(yáng)近,轉(zhuǎn)速慢。(按這個(gè)說法,地球靠太陽(yáng)越近,太陽(yáng)磁場(chǎng)越強(qiáng),地球自轉(zhuǎn)應(yīng)越快)
……
這個(gè)回答估計(jì)是哪個(gè)歷史老師的臆想。實(shí)際上,地磁場(chǎng)每隔數(shù)千年會(huì)不定期出現(xiàn)反轉(zhuǎn),如果理論成立,那么是不是地球也要出現(xiàn)反向自轉(zhuǎn)?
3、引力成因說
這個(gè)回答比較靠譜,但是由于引力產(chǎn)生的機(jī)制目前仍沒有定性的解釋,因此,太陽(yáng)引力究竟如何讓地球自轉(zhuǎn)起來,中間的解釋過程仍難說清楚。
A、牛頓的萬有引力公式實(shí)際上只對(duì)兩個(gè)靜止的質(zhì)點(diǎn)成立,而對(duì)兩個(gè)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的天體已不適用(引力傳播有速度),解釋不了行星的自轉(zhuǎn)和進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象。
B、愛因斯坦認(rèn)為是大質(zhì)量的天體彎曲了周圍的時(shí)空,讓行星在做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)等效于勻速直線運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樵摾碚摻忉屃怂擒壍赖倪M(jìn)動(dòng)現(xiàn)象而被廣泛認(rèn)可,但它仍然無法解釋清楚行星的自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。比如,我們無法想象一個(gè)做勻速直線的物體一定會(huì)作自旋。
原因當(dāng)然是相對(duì)論有不完善的地方。如:
如果時(shí)間可以被彎曲或膨脹,那是不是說時(shí)間也是一種物質(zhì)?
相對(duì)論建立在絕對(duì)的真空之上,但是目前的宇宙中找不到絕對(duì)真空,“彎曲的時(shí)空”可能彎曲的只是空間,空間也是物質(zhì)。
二、為何是引力導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)?
宇宙中所有的物體,大到天體,小到微觀粒子都在作旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的普遍方式。因此,只要我們?cè)诤暧^現(xiàn)實(shí)中找到了導(dǎo)致物體自轉(zhuǎn)的普適法則,在同等條件下也將適用于解釋地球自轉(zhuǎn)成因。
在現(xiàn)實(shí)中,這類例子還真不少。
比如,飛機(jī)飛行、旋渦、龍卷風(fēng)、坨螺進(jìn)動(dòng)、“香蕉球”等現(xiàn)象,它們都由相同的流體動(dòng)力學(xué)原因造成。即流速小的流體垂向壓強(qiáng)大。
1、“香蕉球”的成因:
如上圖,正常的足球向前運(yùn)動(dòng)時(shí),把空氣分成大小、速度相同的兩股氣流。而自旋的足球表面與空氣產(chǎn)生磨擦,造成與足球自轉(zhuǎn)方向相同的氣流被加速,反之則被足球自轉(zhuǎn)減速,從而在足球兩邊形成速度大小不一樣的兩股氣流。
按流體動(dòng)力(伯努力公式),流速小的一方產(chǎn)生的壓強(qiáng)大,足球兩邊的壓力差形成向心力,使足球做與自旋方向相同的弧線運(yùn)動(dòng)。
2、地球在做“香蕉球”運(yùn)動(dòng)
我們地球的空間環(huán)境也存在“空氣”(2013年找到Higgs玻色子),引力(向心力)和公轉(zhuǎn)也是客觀存在的。不同的是地球先受到引力,才產(chǎn)生自轉(zhuǎn)。按愛因斯坦等效原理,無論是向心力導(dǎo)致地球自旋、還是地球自旋導(dǎo)致產(chǎn)生向心力,兩者都成立。
所以,正是引力導(dǎo)致了地球自轉(zhuǎn)。這個(gè)結(jié)論也符合太陽(yáng)系中絕大部分天體自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)方向一致的觀測(cè)結(jié)果。
找出了地球自轉(zhuǎn)的成因,也為我們解決引產(chǎn)生機(jī)制指出了方向:引力成因與空間壓力存在密切關(guān)聯(lián)。這就是本題的價(jià)值所在。
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