我们为什么没有穿行宇宙的感觉？_风闻

观察者网用户_244575-2019-02-19 09:18

2019-02-19

原创：牧夫天文

翻译：毛明远

校对：赵琨、雷丰图

责任编辑：毛明远

作者：Ethan Siegel

Forbes，Starts with A Bang专栏，原文链接：

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

我们脚下的行星在宇宙中永不停息地运动，但我们却感觉不到这种高速和复杂的运动。地球在自转，并围绕太阳公转；整个太阳系又围绕银河系的中心以230公里/秒的速度运行；而银河系正向本星系团的仙女座星系加速运动；而本星系团相对于宇宙大爆炸后的其他星系团做高速运动。我的天呐！这些运动我们怎么都感觉不到？

水星任务信使号2005年8月2日飞临地球时拍摄的系列照片，合并成动图展示了地球的运动

Credit：NASA/信使任务

首先，有一个简单的现象，我们看下图：

如果我们把肢体伸到车外，可以感觉到气流；车速提升一倍，气流作用于肢体的压力是之前的四倍

Credit: PXHERE / PHOTO NUMBER 151399

正如上图描述，如果我们把15km/h的速度作为基准；加速至30km/h，作用在肢体的力是之前的4倍；加速至60km/h，作用在肢体的力是基准的16倍，这就是为什么汽车制造商努力降低风阻系数的原因。这种作用力是因为肢体与空气相对运动时空气分子与肢体碰撞引起的。如果我们将车窗关闭，我们感受不到任何气流，这是因为车内的空气和人体一并加速减速，并没有相对运动。

计算机模拟太阳系在银河系中的运动

Credit：RHYSTAYLOR

正如开篇描述的，我们正在宇宙中高速地复杂地运动，但我们根本感觉不到，就好比我们坐在一辆平稳行驶的汽车中，如果不往车外张望，我们感觉不到向前行驶。这同样可以解释宇宙尺度以上所有高速和复杂运动的情况。

宇宙在大尺度上展现出均一性，但放大后，局部仍然会有高密度和低密度区域。低密度区域相对于高密度区域，相当于排斥力，驱动了银河系所在的本星系群以600km/s的速度向高密度区域运动，即偶极驱动(Dipole Repeller)

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

事实上，上述现象在100年前爱因斯坦就深入研究过，他认为任何物体的速度改变都是加减速，而引力作用的结果也会是稳定的加速，它们难以辨识。我们现在称之为爱因斯坦等效原理。伽利略最早认识到这个情况，虽然地球在自转，但从比萨斜塔掉落的物体会垂直落下，这个物体和周围的空气都同处于一个参考系，一同运动。

上图展示了等效原理，对于参考系内的物体一个加速运动的火箭可以产生与引力同样的效应

Credit：WIKIMEDIA COMMONS USER MARKUS POESSEL, RETOUCHED BY PBROKS13

如果我们在太空中，也会有同样的现象。比如，我们身处国际空间站，你仅仅是走出了自转参考系。牛顿第一定律(即惯性定律)有效，同时地球引力、太阳和其他行星的引力，以及银河系和星系群都作用于我们和我们周围的物体，所以虽然有很多复杂的运动，我们仍然可以看到悬浮的“水果”。

国际空间站的生活

Credit：PUBLIC DOMAIN IMAGE

然而，身处地球参考系的我们，还是有些例外的情况可以感知一些现象。地球是一个巨大的三维球体，我们处在球体空间表面的一点，引力作用于我们，这是一种从受精卵开始就持续作用于我们的力量，机体完全习惯于这种作用力，反而是失去这种作用力我们会感觉异样。我们的脚距离地球的质心更近，头部相对远些，因此作用于脚部的引力相对较大，这就是潮汐力的形成原因。但我们并不能直接感受到这种细微的区别。但借助仪器可以测试和验证，比如庞德-雷布卡实验！