地球总质量 60万亿亿吨（地球重达60万亿吨）

是牛顿在推导万有引力时，也对引力竟然会对天体产生如此大的作用而感到疑惑。瓜熟蒂落，水往低处流等俗语都说明了一个道理，那就是生活在地球上的东西都会往下落，即使是空气中漂浮的PM2.5颗粒，也不能免俗。但是我们站立的这颗星球却违背了我们熟知的常理。

Tips：万有引力定律Law of universal gravitation，是艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》上发表的。

1976年，阿波罗11号成功飞升月球，不仅圆了人类数千年的飞天梦，同时还踏出了进入形成星辰大海的第一步。这次月球之旅，全程直播，我们有幸见证了宇宙中的地球。但这引发了疑惑，地球居然像个气球一样漂浮在宇宙中，而我们发射的卫星也是飘在宇宙中，这是怎么一回事儿？明明地球上的物体都是往下掉的，怎么换成地球却是飘在宇宙中？

这么重，怎么还能漂浮在宇宙中？

17世纪，一颗苹果砸出了一名流传千古的物理学家，他就是牛顿。千百年来，人们由于无法解释自然界中种种自然现象，一直将这当作神灵，于是我们的生活就被所谓的“神灵”支配，神权一度凌驾于王权之上，人们被虚幻的神灵所蒙蔽。但一颗平凡的苹果，却产生了不平凡的影响。牛顿因此开始思考力的本质，诞生牛顿经典力学体系。但是其中却引发了一个问题，那就是地球有多重？

Tips：艾萨克·牛顿1643年1月4日—1727年3月31日，爵士，英国皇家学会会长，英国著名的物理学家，百科全书式的“全才”，著有《自然哲学的数学原理》、《光学》。

这个问题困扰了欧洲学界100多年，直到18世纪英国物理学家卡文迪许，设计了扭秤实验，才成功计算出地球的质量为5.965x10的24次方kg，算下来也就是60万亿亿吨。这么庞大的质量，所产生的重力是极大的，按理来说，地球应当下坠才是为什么会漂浮在宇宙中呢？

宣夜说和亚里士多德的地心说

古代时，先贤们就开始思考天地山川、日月星辰是如何形成的，于是就诞生了种种奇妙的思想。战国时期，列国之间的战争促进了学术的交流，从而诞生了我国思想哲学的巅峰，诸子百家时代。其中有一种学说叫做元气说，认为世间万物包括日、月、星辰都是由气体组成，气发而上升，精华上浮凝聚成星河，一众恒星也都出自精气，到东汉时期就形成了宣夜说。

Tips：所谓太极即是阐明宇宙从无极而太极，以至万物化生的过程。其中的太极即为天地未开、混沌未分阴阳之前的状态。

宣夜说，认为天了无质，是由无边无际的气组成，日月星辰也是气形成的自然就在宇宙中漂浮。而同一时期的古希腊哲学家则认为，万物是由土、水、火、空气和以太组成，地球是宇宙的中心，水、火等物质自然而然的运转形成天体，所有的天体都围绕着地球在同一平面做圆周运动。所以地球也不会下坠。这也是著名的地心说的雏形。但是以上两种理论在近代物理学体系中都被证实是错误的。

16世纪，哥白尼的日心说，打破了地心说的枷锁，布鲁诺将日心说发扬，并提出宇宙没有中心，让人们对宇宙的认识进一步加深。

Tips：日心说，也称为地动说，是关于天体运动的和地心说相对立的学说，它认为太阳是宇宙的中心，而不是地球。

宇宙大爆炸理论让我们知道宇宙不是由气组成而是由各种元素和暗物质构成，宇宙自有其质量。所以地球到底是因为什么而漂浮呢?答案当然是引力。

牛顿的万有引力

牛顿，是17世纪伟大的科学家，少年时代起就展现出非凡的动手能力，对机械十分感兴趣，制作过许许多多的小玩意，包括风车、钟表、一座迷你小磨坊。他还十分喜爱雕刻，尤其爱雕刻日晷，观察太阳的移动。学生时代因为家庭贫困，一度停学回家务农，后来依靠中学时期的校长的帮助重新返回学校完成学业，最终开启他开挂一般的人生。

Tips：日晷仪也称日晷，是观测日影记时的仪器，主要是根据日影的位置，以指定当时的时辰或刻数，是我国古代较为普遍使用的计时仪器。

牛津大学期间，牛顿接受了笛卡尔和哥白尼等哲学家和天文学家的先进思想，开始研究更加先进的理论，其中就有万有引力。1665年，牛顿毕业从牛津毕业。1687年，承载着牛顿毕生研究的《自然哲学的数学原理》出版，其中重点阐述了牛顿经典力学体系，即牛顿三定律。

根据牛顿第一定律，任何一个物体在不受外力或者保持力的平衡时，物体会做匀速直线运动或者保持静止，直到有外力作用才会打破这种状况。所以地球上的物体之所以会掉在地上是因为重力的作用。因为地心的引力，所以重力是竖直向下。

Tips：第一定律说明了力的含义：力是改变物体运动状态的原因；第二定律指出了力的作用效果：力使物体获得加速度；第三定律揭示出力的本质：力是物体间的相互作用。

在日常生活中，我们都有过这样的经历，将一个球平抛出去，不一会儿这个东西就会落下，在这个过程中牛顿产生了一个脑洞，如果在地球的高山上，架起一座大炮，将大炮以不同的速度射出去，炮弹的轨迹和落点都不相同，如果给炮弹施加一个无限大的力，炮弹将会做什么运动呢？因为地球是圆形的，所以给这颗炮弹施加一个合适的初速度，就能让炮弹沿着地球做圆周运动而不会做自由落体运动，这时的炮弹就相当与一个卫星。这个速度也就是宇宙第一速度。

同样的道理我们将地球看作炮弹，太阳就相当于是地球，太阳是太阳系中质量最大的恒星，它的引力十分强大，而地球本身就在自转，有一个初速度，于是地球就在太阳的引力作用下，开始作圆周运动。所以即使地球重达60万亿吨，也不会往下掉。这就是我们常说的地球的公转。

Tips：卫星是指在围绕一颗行星轨道并按闭合轨道做周期性运行的天然天体，人造卫星一般亦可称为卫星。

当然有的人可能会说，宇宙本身就是个真空环境，重力在这里起不到半点作用，所以无论地球有多么重，都能漂浮在真空中？但是如果地球只是因为真空环境而漂浮的话，那么宇宙中所有的天体都会打架，如果没有引力的作用，天体没有固定的轨道，在宇宙中任意的漂浮，地球这个小老弟，早就被撞出局了。

爱因斯坦的广义相对论

20世纪初期，随着科技的发展，人们对于宇宙和天体的运行有了进一步的发展，当时的人们已经开始计算水星近日点的进动问题，但是当人们运用牛顿的经典力学公式计算时，发现竟然不能完全解释其中的问题，于是爱因斯坦的广义相对论，就应运而生了。

Tips：关于宇宙进化的流行模型是大爆炸理论。大爆炸模型指出，宇宙最早的状态是一个极其炙热和密集的状态，宇宙随后膨胀和冷却。

爱因斯坦，出生在德国的一个犹太家庭中，少年时期在同学的指引下对哲学、数学产生了浓厚的兴趣，之后开始研究光速和牛顿的经典力学。大学毕业后进入瑞典伯尔尼专利局，在这里他构思了相对论的雏形。1916年，广义相对论问世，它完美解释了水星近日点的进动问题，并提出引力是时空弯曲的现象的著名结论。

在广义相对论的世界中， 牛顿经典力学体系下产生的包括自由落体、天体运行的轨道关系都是由时空弯曲形成的惯性运动，而不是因为引力影响导致它们的运动轨迹偏离原本的路线。引力本身是时空的弯曲，使身处在其中的物体沿着时空中最短的路径做惯性运动。因此地球之所不会坠落，是因为太阳的质量太大了，扭曲了周围的时空，地球是在围绕着太阳做惯性运动，而不是因为万有引力。那么地球就是一直在做惯性运动，而没有发生变化吗？

Tips：自由落体是指常规物体只在重力的作用下，初速度为零的运动。也叫做自由落体运动。自由落体运动是一种理想状态下的物理模型。

当然发生了变化，地球在转动过程中以缓慢的速度向太阳靠近。虽然表面上，地球产生的离心力与太阳产生的引力相互抵消，使地球一直围绕着太阳做公转运动并在太阳引发的弯曲时空中做惯性运动，而其他更靠近太阳的天体需要更快的速度才不会被太阳的引力吸引，从而保持自己仍然在轨道中运行而不是被太阳融化。但实际上，地球和太阳系中的天体在做惯性运动时会因为太阳产生的引力波而消耗一部分能量，虽然这能量小到忽略不计，但是积土成塔，聚石为山，这一点点的能量聚在一起，就会让地球更靠近太阳。

Tips：在通常语境下，离心力并不是真实存在的力。它的作用只是为了在旋转参考系（非惯性参考系）下，牛顿运动定律依然能够使用。

最后诞生两种结果，一种是地球在漫长的时间中，量变引起质变，最终坠入太阳，太阳又是围绕着银河系的中心转动，银河系又围绕着更大的恒星系统转动，最终都收缩到到一起，形成一个质量无限大、体积无限小、温度无限高的奇点，宇宙开始重启。

Tips：当一颗恒星度过它漫长的青壮年期——主序星阶段，步入老年期时，它将首先变为一颗红巨星。红巨星是恒星燃烧到后期所经历的一个较短的不稳定阶段。

另一种，则是太阳膨胀成一颗红巨星，地球被太阳融化。太阳自诞生以来，一直在进行核裂变反应，当内部的氢原子被反应完毕，只留下氦原子就会发生核聚变反应，太阳在一瞬间膨胀成为一颗红巨星，地球就被红巨星牵引过去，最终坠入红巨星这颗大火球。

地球为什么不停的转动？

上文描述了，根据万有引力地球会围绕着太阳做圆周运动，也就是公转，首先的条件是有一个初速度。那么地球的初速度是怎么来的呢？答案还是引力。

Tips：公转Orbital revolution，是指一物体以另一物体为中心，沿一定轨道所作的循环运动；所沿着的轨道可以为圆、椭圆、双曲线或抛物线。

宇宙大爆炸将氢、氦等组成物质的基本元素喷发，在亿万年的时间中，因为引力不断吸聚成为一片片星云，早期太阳星云就是如此诞生的。太阳星云形成之后最开始类似一个馒头，但是在引力的收缩作用下，逐渐变成了扁扁的馅饼，星云物质越收缩，质量越紧密，旋转速度越快。

Tips：化学元素周期表是根据原子量从小至大排序的化学元素列表。列表大体呈长方形，某些元素周期中留有空格，使特性相近的元素归在同一族中。

当地球形成之后，由于地球内部是一个大火球，自己提供了能量，产生引力，开始自转。在一个偶然的情况下，一颗小天体在金星的引力作用下，偏离了轨道，撞向了地球，这一撞导致这颗小天体全身粉碎，地球也不好受，被它撞倾斜了，自转的速度也变快了。最终，这颗小天体被地球引力所吸引，最终形成了地球唯一的天然卫星，月球。所以说地球的转动一是因为引力，而是因为月球大无私的牺牲。

结语

引力，虽然在我们的生活中随处可见，但正因为如此我们很少考虑引力的存在，只有在东西掉在地上被摔碎了或者自己摔倒了我们才会想到它。我国古代的哲人为什么没有想到引力的存在，是因为引力只是物体朝着地下落的一种自然现象，天上的星辰都没有受到影响。

Tips：引力Gravitation，即任意两个物体或两个粒子间的与其质量乘积相关的吸引力，自然界中最普遍的力，简称引力。

但是随着我们对于宇宙和物理学的深入解析，发现引力不仅会让苹果掉落，还控制着行星围绕着太阳做运动，能把星系结合在一起，决定着宇宙的基本结构，是自然界中的四大基本力之一。引力虽然毫不起眼，轻轻地拿起一本书就战胜了引力，但是引力确实维持着地球在宇宙中飘浮的最大功臣。让地球一直围绕着椭圆轨道，作公转运动，形成了地球上的四季变幻。

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