地球一開始就繞太陽轉嗎?氫原子赴湯蹈火,燃燒自身才能拯救大家
有人問,地球一開始就繞著太陽轉嗎?地球最初是不是處於一個靜止的狀態,之後繞著太陽轉起來的?如果開始它是靜止不轉動,後來又是怎樣轉動起來的呢?
這實質上是一個關於三體的樸素話題,也可以說是關於宇宙的啟蒙問題。
三體問題是天體力學中的基本力學模型。它是指三個質量、初始位置和初始速度都是任意的可視為質點的天體,在相互之間萬有引力的作用下的運動規律問題。
就目前科學的認知來看,三體問題還不能精確求解。就是說,人類還沒有一位天體物理學家通過數學方程的形式,精準描述宇宙中的三體運動規律,並屢試不爽,絕無例外。不過,所幸的是,人類處在的太陽系,作為一個特殊的個例,在已知較大質量的質點範圍內的三體運動規律,人類已經可以通過廣義相對論的場方程作出比較精準的描述,且在開發太空領域作出運用的實踐。比如人類登月、發射宇宙飛船、天體探測器、空間站等等,都能精確計算與運用三體的軌道。
在浩瀚的宇宙中,三體問題普遍存在於星系之中。目前,宇宙星系運行規則,只是在牛頓萬有引力與愛因斯坦廣義相對論層面上,天體物理學家們作出基本的解釋。
要在現有的共同認知基礎上儘可能的說清楚這個問題,還得從宇宙大爆炸開始。
宇宙形成之初,開始是弦振與夸克遊盪的世界,物質密度從稠密到稀疏不斷演化,在經過一番彼此碰撞結合後,形成各種各樣的基本粒子,她們是塑造未來宇宙物質的原材料。
這些不安份的小蝌蚪,都有一種找媽媽的天性,然而,上帝並沒有天然的為她們安排一個溫暖的家,也沒有安排一位隨時召喚與呵護她們的媽媽。
一切都靠她們自己,她們自行組合,形成氫原子與氦原子,以及其他的元素,繼續進行自由組合。宇宙在膨脹之中,原子們在波濤洶湧中互相手拉著手,聚集越來越多,她們的溫度逐漸從最初的億萬度冷卻到幾億度,直到幾千萬度。
氫原子們首先赴湯蹈火,她們發現只有燃燒自身才能拯救大家。於是氫原子架起了鍋爐,在燃燒中氦原子勇敢的充當了拚命三郎的角色,加入到主力鍋爐工的行列中來。
這樣的聚集與燃燒持續數億年,就像生物的基因突變一樣,聚變反應並不是絕對穩定的。它們在燃燒過程中,時不時地要拋灑出一些較重的元素物質。 這些物質開始是熾熱的火球,後來經曆數億年的冷卻,他們中的一大部分就成為固態的或氣態的物質結體,他們沒有從母體中永遠的逃逸,而是在母體巨大引力的牽掛下,始終圍繞母體運行。
宇宙是從一個緻密熾熱的奇點,到今天人類可見的模樣,這一過程持續了137億年,這就是人們普遍認同的宇宙年齡。
奇妙的是,在這一演變過程中,作為恆星的母體通常是兩個,即所謂雙星系統。 後來,人類開始認識到他們的前世今生。為他們的母體命名為恆星,叫他們為行星。他們彼此吸引,在宇宙一角中的運行成為一個星系。就是行星圍繞恆星運行的系統。大到銀河系,小到太陽系,都是這樣的一個天體運行系統。
那麼,作為行星的地球,怎麼就能圍繞太陽運行呢?
第一,靠太陽的引力,或者說靠恆星的質量對時空造成的彎曲,地球就是想遠走高飛也不行。
第二,如果光靠太陽引力來拉住地球與其他行星,地球就會重新被太陽吞噬。所以,還需有一種斥力維持行星的公轉,這種斥力就是向心離心力,以抵消引力的拖曳。
宇宙中沒有任何一種物質是靜止的,所有恆星,行星在形成過程中都是運動的,都會形成一個引力系統或稱為慣性系統,它們是等價的。
時空彎曲的必然結果,就是質量為王,大質量天體管著小質量天體。質量過小的天體幾乎就成了棄兒,比如小行星,慧星等。
還有一個問題,就是地球等行星的自轉問題,所有的天體幾乎都在公轉的同時自轉,自轉周期是由自身質量所決定的。
自轉的源動力來自於行星最初的勢能,轉換成動能,就是角動力,這種動能一旦形成就成了慣性力。這就好像滾雪球,滾著滾著,到了一定的質量上限,這個大雪球就依靠慣性自行滾動了。但是,無論是恆星還是行星,它們的轉動都需要耗費掉能量。任何一個三體系統,絕不是永動機。
地球圍繞太陽運轉,除非相對穩定的太陽系規則被打破,否則,將永遠維持這種慣性力。
恆星太陽也好,行星地球也好,他們都是有年齡的。歷經數億年之後,太陽核心的氫原子和氦原子都燒完了,壯烈無比的恆星衰變就開始了。
好在我們的太陽質量在氫與氦燃燒殆盡後,只能坍塌成一隻白矮星,但她在最後燃燒到外層的時候,她的大家族裡的行星衛星等天體將在高溫與輻射中化為灰燼。
雖然這看上去是非常可悲的,但是太陽正值壯年,還有五十億年的燃料可供核聚變的延續。因此人類根本不要擔心,當幾十億年後的子孫後代提前監測到太陽衰變期後,地球人早已移民到銀河系其他恆星系統,重新建立起自己的藍色家園了。
最後要說的,維持三體運行規則,還與宇宙中充斥著的暗能量,暗物質密切相關。這些在更廣闊的宇宙學尺度上的問題越來越多,就像一個小學生用圓規畫圓,圓畫得越大,圓周外接的空間也越大,人類已知宇宙的知識越多,未知世界的疑惑隨之成倍增加,有待新的物理理論來解釋宇宙中三體問題以及宇宙加速膨脹何去何從的問題。

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