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第四講 地球的轉動

第四講 地球的轉動

↓6.車輪、用來證明地球是轉動的。
↓3.如果地球自身是從西往東旋轉,我們就不會察覺到這種運動。因為這種運動不會產生顛簸,也沒有其他特點。這樣,我們就會認為我們自己是不動的,相反,我們卻會認為其他各種天體在運動,也就是說在與我們相反的方向即自東而西地旋轉。天空及其星體圍繞地球的旋轉,只是我們的一種幻覺。這就像我們剛才所說的,田野里的樹會沿著我們列車相反的方向往后奔跑一樣,也是一個幻覺。
↓2.在我們看來,天空就像一個巨大的空心球,而我們呢,則處於這個球的中心。天空就像一個鑲著密密麻麻星星的穹頂一樣。在24個小時中,似乎天空這個球體攜著它的群星速度均勻地繞著地球轉了一圈。但通過望遠鏡觀察,我們知道,天空像個球體,這是我們所看到的幻覺。我們知道,天空向著我們的四面八方延伸出去,我們根本就看不到它的邊界;我們還認識到,太陽並不是一個發光的小盤子,而是一個比地球還要大得多的球體。星星從表面上看只是微微發光的物體,實際上它們的亮度與體積都可以和那些巨大的天體相媲美。天文望遠鏡告訴我們,那些星體與地球的距離並不相等,有些離我們近,有些離我們遠。但是它離我們的距離要比我們肉眼所看到的還要遙遠得多。這時,我們在腦海中就會產生疑問,到底是這個巨大的蒼穹帶著無數的星體圍繞著地球從東往西旋轉呢?還是地球自身在沿著相反的方向由西向東旋轉呢?如果實際上地球是從西往東旋轉,那麼天空看起來就是跟平時所看到的一樣——我們所看到的星體就會總是從東邊升起,從西邊落下。但是因為我們沒辦法察覺到自己的運動,故而我們就會以為自己是不動的。
↓5.擺、擺動線的不變性。
現在請你們想象一下,假如在大廳的天花板上掛著一個很長的擺,擺繩上系著的不是小球而是一個沉重的大鐵球。那麼它擺動的時候,速度會特別緩慢。在某一時刻,大鐵球與大廳的某一點相對應;過一會,它會與偏西一點的位置相對應;再過一會,它會與更偏西一點的位置相對應。也就是說,擺的弧線是慢慢地從東向西在變動著。那麼,擺的路線會改變嗎?不會的,你們知道它是不會改變的。因此,這一定是大廳的天花板在運動,一定是大地自身在運動,一定是地球在從西往東地自轉運動著。
赤道附近是地球上最熱的地區。從赤道向地球兩極走去,溫度會逐漸下降。赤道附近的熱空氣是比較輕的,它們會上升到高空;而那些從北邊和南邊吹過來的更重的冷空氣,就會填上那些熱空氣上升后所空出來的地方。如果地球是不動的,那麼產生的後果就是,在北半球會有風一直從北往南吹向赤道,而在南半球會有風一直從南往北吹向赤道,這與事實顯然是不符的,但是由於地球是從西向東轉動的,因此這些不斷吹著的風的風向就會改變。實際上,大量吹向赤道九九藏書的冷空氣,會隨著地球和大氣的自轉而在地球自轉方向上具有一定的速度。但這種速度並不是在每個地域都相同的,這是因為,從地球的一端至另一端,圍繞著地軸中心線的地表圓圈,並不是同樣大小的。在赤道上的地表圓圈最大,向著兩極逐漸減小;到了兩極,這個圓圈就幾乎變成零了,圓圈上的點隨地球自轉而具有的速度也會隨圓圈的減小而減小。因此,在寒冷區域的空氣,一開始會受地球轉動的影響而具有一定的速度;而在離赤道越來越近的地方,空氣的速度就跟不上地球自轉的速度了。它會比地球的自轉速度慢一點。而當地球由西向東轉動時,會遇到這些比它慢的空氣。於是就會產生這樣的後果:彷彿這些空氣在不動的地球上由東向西地移動。信風是這樣產生的:兩個半球的空氣受到熱氣流影響而向著赤道方向流動,但它們的速度跟不上赤道附近的地球自轉速度;因此當這些空氣在赤道附近時就會產生一股強大的逆流,這樣就造成了信風持續不斷地往西吹的現象。
↓7.用信風來證明地球是轉動的。
↓4.由以上這些敘述,我們已經明白,旋轉的地球不會讓我們因為覺得自已會被甩出去而產生恐懼。但是另一個更嚴重的問題產生了。我們如何去相信,地球這樣一個龐大的物體能夠按部就班地繞著一個想象的軸運轉呢?要使得這樣一個巨大的球形機器運轉起來,那得耗費多大的力啊?而且它的速度又該是多大啊?如果每過二十四小時,地球就會完成一次旋轉,那麼那些位於它表面中部的點,即處於它旋轉軸大圓上的那些點,與此同時也會轉動了4000千米,也即每秒轉動了462米。這接近於炮彈剛脫離炮口所具有的速度。高山、平原、大海也都是以每秒鐘大約0.1古里即400米的驚人速度做著圓周運動。我們實在不敢相信,具有這麼大重量的物體能作這樣驚人速度的運動。是的,我認為,我們共同努力並運用所有的機械手段來使地球動起來,這就像一隻飛蟲拍打翅膀推動大山一樣,都是無效的。為了讓這樣一個龐然大物快速地運動起來,並且帶動各大洲以炮彈一樣的速度運動,這需要一種我們無法想象的推動力。但如果假設地球是靜止的話,那麼你會看到很多意想不到的後果。如果地球不動,那麼所有的星體就會在每二十四小時轉一圈,而太陽是一個比地球大140萬倍的球體——這是我們在下一講中會講到的。假如你認為地球是不動的,那麼僅僅是因為它太大了嗎?就算地球是不動的話,那麼太陽一定是動的吧?在太陽面前,地球只不過是一個小小的泥團而已。而且太陽的運轉速度還要更快,因為它在單位時間內所要走過的路程還要更遠。為了在24小時內轉動一圈,太陽在每秒走過的距離是9200千米。這還不算什麼,很多星體與太陽的大小都差不多,離我們最近的星體如果要圍繞地球運轉,那麼它在每秒內所運行的路程則不少於20.read•99csw.com8億千米。另外那些離我們百倍、千倍遠的星體,它們每秒內所經過的距離也將會是百倍、千倍。這是因為,如果地球靜止不動這一點成立,那麼就必須這樣,就得有無數的比地球還要大還要重的天體,以一種每秒超過400米的距離,甚至是每秒幾千千米、幾萬千米,直至每秒幾十億千米的速度來旋轉。這樣的運轉機理是不符合理性的,它跟上面我們所提到過的經濟節省原理「一個就夠的話,絕不用第二個」相違背。因此,一勞永逸的解決辦法就是地球圍繞著它的軸轉動,而不是星體圍繞著地球轉動。
↓7.關於地球是轉動的這個問題,我們還有另一個更強有力的證據,即信風。我們把赤道附近常年從東向西吹的風稱為信風。第一批冒險穿越大西洋的那些航海者,即哥倫布船隊,他們驚恐地看到,赤道上空這種方向永遠不變的風吹著雲總是向一個方向飄去。他們面對這無情的永不停息的東風,因為一無所知而驚駭萬分,不停地問自己問別人是否還能回到故鄉。那麼如果地球是轉動的,它就可以很好地解釋這種信風的獨特恆常性,也就是總是由東向西吹的原因了。

圖23
↓3.每十二個小時我們就會顛倒一次、為什麼我們不會往下掉?
↓2.天空似乎在轉動、車輛行駛使我們產生幻覺。
↓1.地球孤零零地在廣袤的宇宙中遨遊,沒有任何支撐。那它為什麼不會掉下去呢?地球是那麼的重呀!我們首先來解決這個問題。你們能在自己的頭頂上方看到什麼呢?一片的空曠、空間、天宇。在大地的另一端,在地球的對面,在與我們的腳相反的另一側,你們能看到什麼呢?還是一片宇宙與天空。在我們的左邊和右邊又能看到什麼呢?天空,永遠都是天空。無限的空間,或者像我們所說的天宇,在地球的周圍向著四面八方延伸出去。
到底是天空在轉動,還是地球在轉動呢?如果是地球在轉的話,那麼你們就必然會遭遇到以下的困難:地球在空間中運轉,每二十四小時轉上一圈;而每過了十二個小時,我們就會被地球帶著轉了半圈,而我們在地球上的位置就會處於與十二小時前相反的位置上。起初,我們的頭在上面,而腳在下面;但過了十二小時之後,我們就會顛倒過來,這時,我們的頭會在下面,而腳在上面了。現在這個時候,我們是直立的話,那麼十二個小時之後我們就會倒立過來了。那樣一種倒立姿勢是令人非常不舒服的,但為什麼我們感覺不到呢?為什麼我們不會被甩出去呢?這就像掉進深淵之中,為了不掉下去,我們應該拚命地抓住兩邊的可以支撐的東西一樣。可是我們都沒有。你們的觀察是準確的,確實,每過十二小時,我們的位https://read.99csw.com置就會和起初的位置顛倒一次,我們的頭的位置就會轉到腳的位置上。雖然我們顛倒了,但我們不會有任何落下去的危險,也不會產生任何不適。這是因為,我們的腳一直是處於下面的,也就是說站立在地上;而我們的頭一直是向著天空的方向的。因為天空無所不在地包圍著我們的地球,一旦我們認識到,在空間中到處都是一樣的,那麼到底是上面還是下面,那就沒有任何意義了。所謂的上面還是下面,都是相對於地球而言的。下面指的就是地的方向,而上面指的就是圍繞著我們的空間。雖然地球一直都在運轉,但是由於地球的引力,我們一直都是腳向著地面、頭向著天空的;我們一直都是站立著的,不可能向著沒有任何引力的地方落下去。每過十二小時,我們跟著整個地球就會顛倒一次,但這並不會產生任何的不適和困擾。

圖22
↓4.地球的速度和炮彈的速度、飛蟲翅膀的拍擊、地球不動所引發的奇怪結果、永恆的經濟節省原理。
我們在一根細繩的一端,繫上一個鉛球。將繩子的另一端固定在一個地方,比如說A處,如圖22所示。那麼小球在擺動了幾下之後就會處於靜止狀態。你們也會知道,繩子在最後會處於垂直的方向,即AB的方向。現在我們將小球拉至C處,然後放手。如果繩子沒有系著小球的話,那麼小球就會沿著直線方向下落;但是由於小球是被系在繩子上的,因此它就沒有這樣向地下落。小球受到地球引力的牽引,以懸挂它的點A為圓心,沿著圓上的弧CD滑落。當它到達點B的時候,它還要順著這條弧繼續向前到達點D。到了點D之後,它會重新折返,沿著弧CD滑落到點C的位置。而最後它又回到點D的位置。如此這般,經過一段很長的時間,直到空氣阻力讓它停止運動。假如細繩在點A處懸挂得很好的話,那麼小球會來回運動至很長一段時間才靜止不動。小球每次來回的這種運動,即從C到D、又從D到C的一次來回的周期運動,我們稱之為擺動。同樣,細繩以及拴在細繩上的小球,我們稱之為擺。擺的擺動是由使物體下落的地球引力而產生的。小球的擺動區間是由懸挂的細繩所決定的。在小球的來回運動中,它沿著想象的圓弧CD而滑動,要麼從左到右,要麼從右到左,路線從來不會改變。在擺動過程中,小球的速度可能會慢下來,可能只經過圓弧CD的一部分,但它的路徑從來不會改變。如果沒有外在的力量來改變小球,那麼小球就會沿著同一條圓弧來回擺動,並且這種擺動會一直長年累月地繼續下去,而不會作任何改變。總而言之,擺動的圓弧這條路線會一直保持不變。因為在這樣的一個裝置中,沒有任何力量能夠使小球偏離原來的路線,它https://read•99csw.com不會往這邊偏一點點,也不會往那邊偏一點點。
↓6.如圖23所示,我們在地面上放了一個車輪。在它的上方正對著軸的地方放了一個擺動著的擺。我們觀察到,擺經過的弧線BC與輪上的點H與K相對應。如果車輪是靜止不動的,而擺經過的弧線BC其路徑不會改變。那麼,擺在它的兩個端點B與C,總是跟車輪上的點H與K相對應。這一點是顯而易見的。但如果車輪是轉動著的,那麼點H與K的位置就會移動,車輪上跟B與C相對應的點也就會不斷變動。如果車輪的運動通過某種方式被掩蓋了,甚至我們都沒察覺到這種運動,那麼會發生什麼呢?這種情形就彷彿我們坐在一輛向前行駛的車上,看到田野中的樹都向著相反方向移動一樣,我們也會產生類似的幻覺。由於擺的擺動經過的弧線是不動的,它一直不停地與車輪上的點相對應;而我們以為車輪是靜止不動的,但實際上它是不停地在運動著的。這樣一來,擺動所經過的弧線就會不停地對應著車輪上的不同點,由於我們以為車輪是靜止不動的,因此我們就會認為是擺動弧線在轉動了。如果車輪是從右向左轉動的,那麼在我們看來,擺的弧線就彷彿是從左向右轉動了。
↓5.儘管地球運轉的速度是這樣的快,但是它的運轉卻非常平穩,以致我們通常會感覺不到這種運動,甚至從來都沒想到過。我們跟我們周圍的物體一起被帶著運動,我們發現自己跟這些物體之間的距離是不變的。就是這種相對位置的恆定性造成了一種我們似乎靜止不動的印象。藉助於一些巧妙的辦法,我們就可以得到確認,地球是在我們的腳下並且帶著我們轉動。我們可以通過實驗來證明這一點。下面讓我們來做一個最簡單的實驗。
這樣看來,地球會向空間的哪一個方向掉下去呢?只要告訴我哪邊是地球的下邊、哪一邊是它的上邊就行了。如果天空是在上邊的,但若想想我們就會知道在地球的另一端也是天空,它與我們在這邊所看到的是一模一樣的。不僅如此,就是在地球上的任何一個地方,這種情況都是相同的。如果地球並不向著我們頭頂的天空飛去——這一點對於你們來講是很容易理解的,那麼它為什麼要向著另一邊的天空飛去呢?向著天空的另一端落下去,這就好像一個氣球離開地面升起來一樣。你們以前從來都不會問,為什麼地球不會向天空的方向升去。那麼你們也不要問為什麼它不會落下來,因為這兩個問題是一樣的。落下去也就是靠近那個產生引力而使其下落的物體。如果在地球的外面什麼都沒有,沒有任何引力施加於我們地球,那麼,地球的下落不管是向著哪個方向,都是不可能的。因此,地球就會永恆地處於大自然將其安置的那個空間位置中。或者說,一旦地球被大自然置於宇宙中,它就會沿著一條直線無止境地穿梭于宇宙中。但是如果在天空中有個天體,它具有足夠大的引力能夠控制地球,在這種情況下,那麼我就會立即承認,地球會向著這顆主宰它的天體移動。但事實上,地球的下https://read•99csw.com落是並不像我們所認為那樣的。它向著太陽落去,太陽巨大的質量不斷地吸引它,不斷將它拉向自身。由於地球轉動產生離心力而抵消了太陽對地球的萬有引力,這暫且不論。我們在後面還會講到這個重要的問題。
↓8.地球轉動的景象。
↓1.通常的下落究竟是怎麼回事?為什麼地球不往下掉?
在坐火車時,我們每個人都會注意到:鐵路兩旁的樹、杆子、籬笆、房子,它們都彷彿能動起來,並且向著與我們前進相反的方向跑去。如果我們認為自己是靜止不動的,那麼我們就會推斷出是外面的那些物體在向後狂奔。如果不是感覺到火車的顛簸,那麼這種感覺就會更加徹底,我們就會認為田野在瘋狂地奔跑。在行駛的馬車上,或是在行駛的船上,我們都會有相同的感受。因此,每當我們被一種平穩的運動帶著向前行進時,我們就會感覺不到自己在動;儘管周邊的物體是靜止不動的,卻彷彿在向著我們相反的方向移動。
↓8.每隔二十四個小時,地球就會自轉上一圈。由於地球自轉的影響,我們此刻在空間中所佔的位置,再過一會兒就會被別人所佔據。大海、遠處的地方、被雪覆蓋的大山,就會佔據我們所在的位置;而到明天,我們就會又回到原處。你們現在讀著這幾行字的地方,不一會兒就會被大海佔據;而你們遊戲的吵鬧聲,一會兒就會被大西洋的巨大濤聲所淹沒。不到一個小時,海水就會出現在法國了。我想想,再過一會兒,在大西洋上的一些大軍艦就會載著很多大炮,順風揚帆航行到我們這裏了。大海過去后,現在來到這裏的是北美洲,有加拿大的大片湖泊,還有一望無際的草原,在草原上,印第安人追逐著野牛。過一會兒,比大西洋還要廣闊的太平洋來到這兒了,它要經過七個小時才能過去。在太平洋的一些島上,漁夫們穿著毛皮大衣在曬鯡魚,這些是什麼島呢?它們是位於堪察加半島南部的庫頁群島。它們很快就會轉過去,快到甚至我們都沒時間看它們一眼。現在到來的是黃皮膚的中國人和蒙古人,在這裏我們可以看到許多新奇的事物。但是地球是一直在轉動的,所以中國很快就會遠離這裏。一會兒到來的是中亞,在這裡有堆滿沙子的高原,有比雲還要高的山峰。下面到來的是韃靼人的牧場,牧場上有著成群的馬匹。然後是裏海的大草原,長著塌鼻子的哥薩克人生活在這裏。接著是南俄羅斯、奧地利、德國、瑞士,最後是法國。——地球就這樣轉了一圈。你們不要以為,地球以炮彈的速度循序向前轉動這一令人驚嘆的情景,是我們可以通過肉眼看到的。這一景觀,只有用思想的眼睛才能看到。你們以為乘坐熱氣球或飛艇升到空中,那樣就可以看到地球帶著它的各大洲各大洋在自轉了吧?太天真了,事實絕不是這樣的,這是因為大氣層也會隨著地球一起轉動,由此會帶動氣球或飛艇一起轉動,而不是停留在一個位置。這樣,觀察者就不能看到地球上各個不同的地區循序轉動了。