我們為什麼沒有穿行宇宙的感覺？_風聞

观察者网用户_244575-2019-02-19 09:18

2019-02-19

原創：牧夫天文

翻譯：毛明遠

校對：趙琨、雷豐圖

責任編輯：毛明遠

作者：Ethan Siegel

Forbes，Starts with A Bang專欄，原文鏈接：

https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2019/02/02/ask-ethan-why-cant-we-feel-earth-flying-through-space/#43e62e3f5d81

我們腳下的行星在宇宙中永不停息地運動，但我們卻感覺不到這種高速和複雜的運動。地球在自轉，並圍繞太陽公轉；整個太陽系又圍繞銀河系的中心以230公里/秒的速度運行；而銀河系正向本星系團的仙女座星系加速運動；而本星系團相對於宇宙大爆炸後的其他星系團做高速運動。我的天吶！這些運動我們怎麼都感覺不到？

水星任務信使號2005年8月2日飛臨地球時拍攝的系列照片，合併成動圖展示了地球的運動

Credit：NASA/信使任務

首先，有一個簡單的現象，我們看下圖：

如果我們把肢體伸到車外，可以感覺到氣流；車速提升一倍，氣流作用於肢體的壓力是之前的四倍

Credit: PXHERE / PHOTO NUMBER 151399

正如上圖描述，如果我們把15km/h的速度作為基準；加速至30km/h，作用在肢體的力是之前的4倍；加速至60km/h，作用在肢體的力是基準的16倍，這就是為什麼汽車製造商努力降低風阻係數的原因。這種作用力是因為肢體與空氣相對運動時空氣分子與肢體碰撞引起的。如果我們將車窗關閉，我們感受不到任何氣流，這是因為車內的空氣和人體一併加速減速，並沒有相對運動。

計算機模擬太陽系在銀河系中的運動

Credit：RHYSTAYLOR

正如開篇描述的，我們正在宇宙中高速地複雜地運動，但我們根本感覺不到，就好比我們坐在一輛平穩行駛的汽車中，如果不往車外張望，我們感覺不到向前行駛。這同樣可以解釋宇宙尺度以上所有高速和複雜運動的情況。

宇宙在大尺度上展現出均一性，但放大後，局部仍然會有高密度和低密度區域。低密度區域相對於高密度區域，相當於排斥力，驅動了銀河系所在的本星系羣以600km/s的速度向高密度區域運動，即偶極驅動(Dipole Repeller)

Credit：YEHUDA HOFFMAN, DANIEL POMARÈDE, R. BRENT TULLY, AND HÉLÈNE COURTOIS, NATURE ASTRONOMY 1, 0036 (2017)

事實上，上述現象在100年前愛因斯坦就深入研究過，他認為任何物體的速度改變都是加減速，而引力作用的結果也會是穩定的加速，它們難以辨識。我們現在稱之為愛因斯坦等效原理。伽利略最早認識到這個情況，雖然地球在自轉，但從比薩斜塔掉落的物體會垂直落下，這個物體和周圍的空氣都同處於一個參考系，一同運動。

上圖展示了等效原理，對於參考系內的物體一個加速運動的火箭可以產生與引力同樣的效應

Credit：WIKIMEDIA COMMONS USER MARKUS POESSEL, RETOUCHED BY PBROKS13

如果我們在太空中，也會有同樣的現象。比如，我們身處國際空間站，你僅僅是走出了自轉參考系。牛頓第一定律(即慣性定律)有效，同時地球引力、太陽和其他行星的引力，以及銀河系和星系羣都作用於我們和我們周圍的物體，所以雖然有很多複雜的運動，我們仍然可以看到懸浮的“水果”。

國際空間站的生活

Credit：PUBLIC DOMAIN IMAGE

然而，身處地球參考系的我們，還是有些例外的情況可以感知一些現象。地球是一個巨大的三維球體，我們處在球體空間表面的一點，引力作用於我們，這是一種從受精卵開始就持續作用於我們的力量，機體完全習慣於這種作用力，反而是失去這種作用力我們會感覺異樣。我們的腳距離地球的質心更近，頭部相對遠些，因此作用於腳部的引力相對較大，這就是潮汐力的形成原因。但我們並不能直接感受到這種細微的區別。但藉助儀器可以測試和驗證，比如龐德-雷布卡實驗！