第四講 地球的轉(zhuǎn)動

↓1.通常的下落究竟是怎么回事？為什么地球不往下掉？

↓2.天空似乎在轉(zhuǎn)動、車輛行駛使我們產(chǎn)生幻覺。

↓3.每十二個小時我們就會顛倒一次、為什么我們不會往下掉？

↓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(fā)的奇怪結果、永恒的經(jīng)濟節(jié)省原理。

↓5.擺、擺動線的不變性。

↓6.車輪、用來證明地球是轉(zhuǎn)動的。

↓7.用信風來證明地球是轉(zhuǎn)動的。

↓8.地球轉(zhuǎn)動的景象。

↓1.地球孤零零地在廣袤的宇宙中遨游，沒有任何支撐。那它為什么不會掉下去呢？地球是那么的重呀！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么呢？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，你們能看到什么呢？還是一片宇宙與天空。在我們的左邊和右邊又能看到什么呢？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。

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。如果地球并不向著我們頭頂?shù)奶炜诊w去——這一點對于你們來講是很容易理解的，那么它為什么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，為什么地球不會向天空的方向升去。那么你們也不要問為什么它不會落下來，因為這兩個問題是一樣的。落下去也就是靠近那個產(chǎn)生引力而使其下落的物體。如果在地球的外面什么都沒有，沒有任何引力施加于我們地球，那么，地球的下落不管是向著哪個方向，都是不可能的。因此，地球就會永恒地處于大自然將其安置的那個空間位置中?；蛘哒f，一旦地球被大自然置于宇宙中，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，那么我就會立即承認，地球會向著這顆主宰它的天體移動。但事實上，地球的下落是并不像我們所認為那樣的。它向著太陽落去，太陽巨大的質(zhì)量不斷地吸引它，不斷將它拉向自身。由于地球轉(zhuǎn)動產(chǎn)生離心力而抵消了太陽對地球的萬有引力，這暫且不論。我們在后面還會講到這個重要的問題。

↓2.在我們看來，天空就像一個巨大的空心球，而我們呢，則處于這個球的中心。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(zhuǎn)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，太陽并不是一個發(fā)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(fā)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并不相等，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?nèi)庋鬯吹降倪€要遙遠得多。這時，我們在腦海中就會產(chǎn)生疑問，到底是這個巨大的蒼穹帶著無數(shù)的星體圍繞著地球從東往西旋轉(zhuǎn)呢？還是地球自身在沿著相反的方向由西向東旋轉(zhuǎn)呢？如果實際上地球是從西往東旋轉(zhuǎn)，那么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。

在坐火車時，我們每個人都會注意到：鐵路兩旁的樹、桿子、籬笆、房子，它們都仿佛能動起來，并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，那么我們就會推斷出是外面的那些物體在向后狂奔。如果不是感覺到火車的顛簸，那么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(wěn)的運動帶著向前行進時，我們就會感覺不到自己在動；盡管周邊的物體是靜止不動的，卻仿佛在向著我們相反的方向移動。

↓3.如果地球自身是從西往東旋轉(zhuǎn)，我們就不會察覺到這種運動。因為這種運動不會產(chǎn)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(zhuǎn)。天空及其星體圍繞地球的旋轉(zhuǎn)，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。

到底是天空在轉(zhuǎn)動，還是地球在轉(zhuǎn)動呢？如果是地球在轉(zhuǎn)的話，那么你們就必然會遭遇到以下的困難：地球在空間中運轉(zhuǎn)，每二十四小時轉(zhuǎn)上一圈；而每過了十二個小時，我們就會被地球帶著轉(zhuǎn)了半圈，而我們在地球上的位置就會處于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；但過了十二小時之后，我們就會顛倒過來，這時，我們的頭會在下面，而腳在上面了?，F(xiàn)在這個時候，我們是直立的話，那么十二個小時之后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，但為什么我們感覺不到呢？為什么我們不會被甩出去呢？這就像掉進深淵之中，為了不掉下去，我們應該拼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，我們的位置就會和起初的位置顛倒一次，我們的頭的位置就會轉(zhuǎn)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(chǎn)生任何不適。這是因為，我們的腳一直是處于下面的，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，那么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，都是相對于地球而言的。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(zhuǎn)，但是由于地球的引力，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，但這并不會產(chǎn)生任何的不適和困擾。

↓4.由以上這些敘述，我們已經(jīng)明白，旋轉(zhuǎn)的地球不會讓我們因為覺得自已會被甩出去而產(chǎn)生恐懼。但是另一個更嚴重的問題產(chǎn)生了。我們?nèi)绾稳ハ嘈?，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(zhuǎn)呢？要使得這樣一個巨大的球形機器運轉(zhuǎn)起來，那得耗費多大的力??？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(zhuǎn)，那么那些位于它表面中部的點，即處于它旋轉(zhuǎn)軸大圓上的那些點，與此同時也會轉(zhuǎn)動了4000千米，也即每秒轉(zhuǎn)動了462米。這接近于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，具有這么大重量的物體能作這樣驚人速度的運動。是的，我認為，我們共同努力并運用所有的機械手段來使地球動起來，這就像一只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，并且?guī)痈鞔笾抟耘趶椧粯拥乃俣冗\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，那么你會看到很多意想不到的后果。如果地球不動，那么所有的星體就會在每二十四小時轉(zhuǎn)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，那么僅僅是因為它太大了嗎？就算地球是不動的話，那么太陽一定是動的吧？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(zhuǎn)速度還要更快，因為它在單位時間內(nèi)所要走過的路程還要更遠。為了在24小時內(nèi)轉(zhuǎn)動一圈，太陽在每秒走過的距離是9200千米。這還不算什么，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(zhuǎn)，那么它在每秒內(nèi)所運行的路程則不少于20.8億千米。另外那些離我們百倍、千倍遠的星體，它們每秒內(nèi)所經(jīng)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，那么就必須這樣，就得有無數(shù)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(zhuǎn)。這樣的運轉(zhuǎn)機理是不符合理性的，它跟上面我們所提到過的經(jīng)濟節(jié)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(zhuǎn)動，而不是星體圍繞著地球轉(zhuǎn)動。

↓5.盡管地球運轉(zhuǎn)的速度是這樣的快，但是它的運轉(zhuǎn)卻非常平穩(wěn)，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(fā)現(xiàn)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恒定性造成了一種我們似乎靜止不動的印象。借助于一些巧妙的辦法，我們就可以得到確認，地球是在我們的腳下并且?guī)е覀冝D(zhuǎn)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。

我們在一根細繩的一端，系上一個鉛球。將繩子的另一端固定在一個地方，比如說A處，如圖22所示。那么小球在擺動了幾下之后就會處于靜止狀態(tài)。你們也會知道，繩子在最后會處于垂直的方向，即AB的方向?，F(xiàn)在我們將小球拉至C處，然后放手。如果繩子沒有系著小球的話，那么小球就會沿著直線方向下落；但是由于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，以懸掛它的點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(xù)向前到達點D。到了點D之后，它會重新折返，沿著弧CD滑落到點C的位置。而最后它又回到點D的位置。如此這般，經(jīng)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處懸掛得很好的話，那么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(chǎn)生的。小球的擺動區(qū)間是由懸掛的細繩所決定的。在小球的來回運動中，它沿著想象的圓弧CD而滑動，要么從左到右，要么從右到左，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(jīng)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，那么小球就會沿著同一條圓弧來回擺動，并且這種擺動會一直長年累月地繼續(xù)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，它不會往這邊偏一點點，也不會往那邊偏一點點。

圖22

↓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(jīng)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(jīng)過的弧線BC其路徑不會改變。那么，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(zhuǎn)動著的，那么點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，那么會發(fā)生什么呢？這種情形就仿佛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(chǎn)生類似的幻覺。由于擺的擺動經(jīng)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(jīng)過的弧線就會不停地對應著車輪上的不同點，由于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(zhuǎn)動了。如果車輪是從右向左轉(zhuǎn)動的，那么在我們看來，擺的弧線就仿佛是從左向右轉(zhuǎn)動了。

圖23

現(xiàn)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。那么它擺動的時候，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。那么，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(zhuǎn)運動著。

↓7.關于地球是轉(zhuǎn)動的這個問題，我們還有另一個更強有力的證據(jù)，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云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(xiāng)。那么如果地球是轉(zhuǎn)動的，它就可以很好地解釋這種信風的獨特恒常性，也就是總是由東向西吹的原因了。

赤道附近是地球上最熱的地區(qū)。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，那么產(chǎn)生的后果就是，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，但是由于地球是從西向東轉(zhuǎn)動的，因此這些不斷吹著的風的風向就會改變。實際上，大量吹向赤道的冷空氣，會隨著地球和大氣的自轉(zhuǎn)而在地球自轉(zhuǎn)方向上具有一定的速度。但這種速度并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，并不是同樣大小的。在赤道上的地表圓圈最大，向著兩極逐漸減??；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(zhuǎn)而具有的速度也會隨圓圈的減小而減小。因此，在寒冷區(qū)域的空氣，一開始會受地球轉(zhuǎn)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(zhuǎn)的速度了。它會比地球的自轉(zhuǎn)速度慢一點。而當?shù)厍蛴晌飨驏|轉(zhuǎn)動時，會遇到這些比它慢的空氣。于是就會產(chǎn)生這樣的后果：仿佛這些空氣在不動的地球上由東向西地移動。信風是這樣產(chǎn)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(zhuǎn)速度；因此當這些空氣在赤道附近時就會產(chǎn)生一股強大的逆流，這樣就造成了信風持續(xù)不斷地往西吹的現(xiàn)象。

↓8.每隔二十四個小時，地球就會自轉(zhuǎn)上一圈。由于地球自轉(zhuǎn)的影響，我們此刻在空間中所占的位置，再過一會兒就會被別人所占據(jù)。大海、遠處的地方、被雪覆蓋的大山，就會占據(jù)我們所在的位置；而到明天，我們就會又回到原處。你們現(xiàn)在讀著這幾行字的地方，不一會兒就會被大海占據(jù)；而你們游戲的吵鬧聲，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(xiàn)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里了。大海過去后，現(xiàn)在來到這里的是北美洲，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(jīng)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，這些是什么島呢？它們是位于堪察加半島南部的庫頁群島。它們很快就會轉(zhuǎn)過去，快到甚至我們都沒時間看它們一眼?，F(xiàn)在到來的是黃皮膚的中國人和蒙古人，在這里我們可以看到許多新奇的事物。但是地球是一直在轉(zhuǎn)動的，所以中國很快就會遠離這里。一會兒到來的是中亞，在這里有堆滿沙子的高原，有比云還要高的山峰。下面到來的是韃靼人的牧場，牧場上有著成群的馬匹。然后是里海的大草原，長著塌鼻子的哥薩克人生活在這里。接著是南俄羅斯、奧地利、德國、瑞士，最后是法國?！厍蚓瓦@樣轉(zhuǎn)了一圈。你們不要以為，地球以炮彈的速度循序向前轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動，由此會帶動氣球或飛艇一起轉(zhuǎn)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(qū)循序轉(zhuǎn)動了。