|
二、“万有引力”导致的“地球空心”
如前节（一、牛顿力学大厦的破败）所述，“万有引力”是牛顿力学的基础，只有地球具有了“万有引力”，地面物体才会具有重力加速度g、重量W、质量m，一定质量的物体作静止或匀速直线运动就会出现惯性，作加速运动才会有力，在不同方向运动就有作用力与反作用力。如果地球不首先具有“万有引力”，牛顿力学三定律便失去了支撑点，整个牛顿力学体系将无法建立。 人们都知道“苹果落地”的美妙故事，认为它是宇宙间存在“万有引力”的最直观证据。但如果把这个故事放在古代的中国，伟大诗人屈原必会另加一句“天问”：“天边苹果必也落地乎？”在“盖天说”体系里，天边与地边是相接的（如图十二A所示），大地边缘的苹果树必被天边所盖，树上的苹果离天更近，距离r更短，按牛顿万有引力定律计算，天盖对苹果的引力必然大于大地，故苹果只能上天，而不会落地。 图十二：苹果落天还是落地？（Ａ屈原：天边苹果必也落地乎？ Ｂ张衡：若苹树参天，其果必也落地乎？ Ｃ马赫：地球应分裂！） 我们现在来借用“浑天说”的思想，“天地如鸡子，地若卵中黄”（见图十二Ｂ）。设想天把地包得严严实实，而且天的质量m远远大于地球的质量，这时的张衡必然会问牛顿：“若苹树参天，其果必也落地乎？” 当人们看到这种图景，很快会想到马赫当年的质问，即地球外围的质量会无穷大，必然把地球撕碎，有如图十二Ｃ的情景。由于天圈的质量m远远大于地球，故其“万有引力”必然比地球大，苹果唯一的选择是上天而不是落地。不仅苹果要上天，苹果树也会被天球强大引力拔出来，地球上的海水、山脉、地幔岩浆、地核都将被天球吸去，贴在天球的内表面上，地球原来所在的位置腾挪出来，成为空气的占有区，整个宇宙结构成了一个空心球。 现在我们把这一思想实验运用于地球本身，由火山口不时喷射出大量气体可知，地球内部必然存在大量空隙。我们假定这种空隙一直延伸到地心，即地心岩浆处压迫着一定体积的气泡。如果某颗气泡的直径有１０米，像一个山洞那样大，那么这个“气泡”山洞中的石头该处于哪个位置呢？按牛顿万有引力定律，它必然处在“气泡”山洞靠青藏高原（质量更大）的一边，如图十三Ａ所示。 由于第一块气泡中的石头落到了靠青藏高原的一边，其它气泡中的石头也会落向靠青藏高原的一边，这种趋势长期进行下去，所有气泡都将朝南大西洋底部移动，并从那里的火山口喷出地表，导致南大西洋区域的火山不断喷发，地球的重心也逐步向青藏高原靠近，可这种事情并没有发生，说明地内物体的运动不一定按照“万有引力”定律，向质量m大的区域移动。 再说，若把地球看成太阳上空的天然宇航器，那么宇航舱中的石头只能处于失重状态，悬浮于气泡中央，如图十三Ｂ所示。一旦这种情况发生，“万有引力”定律就应重新考虑了，因为青藏高原一方更大一些的质量并没对地心的悬浮物发生相互作用。 图十三：地球空心示意图 按牛顿“万有引力”定律，地球几何中心的半径r趋于０，由此算出的万有引力Ｆ应趋于∞，如果里面的物体处于悬浮（失重）状态，感觉不到“万有引力”的存在，这似乎难以理解。当然，“万有引力”是一个矢量，如果全地球的引力都向地球的几何中心，那么地球几何中心的物体所受引力合力为０，完全可以处于失重的悬浮状态。但从另一个角度讲，如果全地球的引力都指向了地球的几何中心，那么地球几何中心的物体就会承受着来自四面八方的压力，成为全部地球质量的支撑点，谁也无法搬动这块压在最底处（中心点）的石头，自由悬浮的情景根本不可能产生。 为弄清地球中心的引力环境，我们不妨按牛顿《原理》所给定的数学工具来进行推导。在图十四中，r为地球的半径，约６３７８公里，M为地球的质量，Ｏ处为地球的质心，m为重物的质量，h为重物的高度。由于重物处在地球万有引力场中，其重力Ｆ＝质量m×地球重力加速度g，即Ｆ＝mg。另根据“万有引力”定律，地球对该重物的引力应为： Ｆ＝Ｇ·M m/( r + h )2次方； Ｆ＝m g＝G·M m/( r + h )2次方； g＝G M/( r + h )2次方。 图十四：“万有引力”悖论图 由（３）式可以看出，g是一个随h变化的量，因为地球质量M、半径r、万有引力常数G都是不变量，h越大，表明重力加速度g越小，如果h值超过了１６０万公里，就基础上超出了地球万有引力场的范围，g值就接近０了，该重物便不一定向地球方向掉落。 我们现在假定这个重物是放在１００米深的矿井里，那么h = -100米，h成了负值，此时的地球还吸不吸引这个重物呢？如何去计算它的重量呢？该重物是加重还是减轻呢？根据前面的计算公式，矿井底部的g值当然比地面大，该重物所表现出来的重力（mg）也必然更大，故它比在地面时更重。 依据这种原理往下推导，若某处的一口竖井直通到地球的质心Ｏ处，h值＝－６３７８公里，即g ＝G M/( r - h )2次方= G M/( 6378 - 6378 )2次方= G M/ → 0 也就 → ∞，此时的重物显然占据了地球的质心，重力加速度g为无穷大，其物体的重量也就会是无穷大，再也没有人能搬动这块巨石。如果这块巨石是从井口突然掉下去的，那么当它落到地球质心处时，就再也不可能从竖井的另一端穿出，而是稳稳地停留在地球的质心Ｏ处。这种结果同亚里士多德的预见相吻合，而不符合伽利略与牛顿本人所提出的惯性定律。 而从另一方面看，当该重物占据地球的质心位置之时，地球周围的石壁具有了全部质量Ｍ，这时的引力矢量改变，重物应该承受来自四面八方的引力，从而把它扯碎，或重物质心处的合力为Ｏ，从而感觉不到任何地球的引力。当这种情况出现时，重物就会像太空宇航舱里的宇航员一样处于失重状态，飘悬于地球的质心处。 到底地球几何中心的引力环境是怎样的呢？按牛顿“万有引力”理论，引力为0或为∞都成立，但这毕竟是两种完全矛盾的结论，我们不可能同时接受这两种结果。当然，你也许会说有一种第三条道路可供选择，即地壳以内全是液态的岩浆，地球的几何中心同足球的几何中心一样，其岩浆压力同边缘区域的岩浆压力相同。如果我们接受了这样的假设，那就必须承认地壳同足球球皮一样是密封的，不能有“火山口”这样的漏气孔；同时，落进火山口内的铅球不会再往地心沉降，因为那里的岩浆密度与火山口面相同，铅球会漂悬于表层岩液面之中，看来，这两项假设都是不可能实现的，故地球几何中心的引力状态不可能有第三种情况。 在牛顿的观念中，地球的引力中心就是地球的质心与几何中心，致于地球引力中心处的引力状况问题，牛顿没有讨论，牛顿力学的继承者与批评者也在极力回避。如果我们只需要了解地面物体的重力现象，自然不必去深究地球里面的重力问题，但若要去追寻地球具有“万有引力”的原因，就很难躲避这一引力疑难了，地球几何中心的引力状况必须弄清。 《大推动---经典物理重建与牛顿力学批判》雷元星著； 第二章：牛顿力学的危机；二、“万有引力”导致的“地球空心”； 《大推动》雷元星先生著，四川科学技术出版社2003年12月出版。 ************************************************************************ 隆重再次推出反伪求真惊世新型科普文著 http://bbs17.xilu.com/cgi-bin/bbs/view?forum=puqingsong&message=62 ************************************************************************ |