旅行者一号”为什么不向上飞,这样不是更快离开太阳系吗
2014年9月13日凌晨,美国国家航空航天局(NASA)宣布,"旅行者一号"已经离开太阳系,正在飞往别的恒星,之前"先驱者10号"可能也已经飞出了太阳系,但是由于失去信号,并不能完全确认,"旅行者一号"才是第一个飞出太阳系的人类飞行器。
在飞出太阳系之前,"旅行者一号"这个孤独的流浪汉已经独自跋涉了37年,不过有一个问题,"旅行者一号"为什么要一直平着飞呢,为什么不向上或者向下飞呢?这样是不是会更快地飞出太阳系了,当然了,"旅行者一号"之所以这样飞有一个重要原因是要顺路考察太阳系的其他行星,还有就是为了节约燃料,要利用行星的引力弹弓加速。
要是去除这两个重要原因呢,那就是太阳系根本就没有"上""下"。
一、什么是"下"
这个看起来很好回答,我们早就有答案啊,不是有一句话叫做"人往高处走,水往低处流"嘛,那低处自然就是下了,而且春天的雨滴夏天的冰雹秋天的落叶冬天的雪花不都在往下落吗?对,没错,它们都在往下落,不过也有不往下落的。比如伽利略扔下的铁球,砸向牛顿的苹果它们就未必朝下落,为什么呢?
因为那时候我们已经知道了我们居住的大地是一个球,既然是球,这个"下"就费思量了。我们说的下,对于伽利略和牛顿来说那可就不是下了,那就是上了,我们看来,伽利略扔出的铁球和牛顿的苹果就应该朝天上飞了。
所以说,我们"下"的概念是不对的,应该是朝着地心方向的才是"下",为什么朝地心方向才是下呢,因为地球质量大啊,这就是万有引力定律了。所以说,质量大的物体或者天体的方向才是"下"。
依照刚才对"下"的定义,对于"旅行者一号"来说,它的"下"就是太阳的方向,这就是说"旅行者一号"的飞行路线本来就是"上下"飞的。
不过还有一个问题,我们看到的太阳系确实是有上下的啊,就象这张图片一样,太阳系就是盘子一样扁扁的。
二、太阳系为什么是扁的
其实不止是太阳系扁扁的象一个盘子,银河系也扁扁的象一个盘子,既然象盘子,肯定就有上有下了,这只是一个错觉,要是说清楚了为什么太阳系是扁的,就可以消除这种错觉了。
这事要从康德说起。别担心,我不讲哲学,康德的哲学我也不懂,人家康德可不止是哲学家,他还提出了星系的成因。
康德最早提出了星系的成因就是星云说,不过运气不好,他的星云说书稿刚刚交给出版商准备印刷,出版商就破产了,所以存世的书没几本。后来拉普拉斯又独立地提出了星云说,对,就是创造拉普拉斯魔的拉普拉斯。
他们的观点是说最早没有行星也没有恒星,都是一大片星云,这片星云就开始旋转,一部分粒子聚集在中心,那就是恒星,甩出去的一部分就是行星,不过这个中心不是几何中心,而是引力中心,所以太阳系也不是一个正圆,而是椭圆,听起来有点熟悉吧,这就是开普勒行星第一定律。
可是为什么转了半天,转成了一个圆盘呢?为什么不转成一个球呢?要是转成了一个球,那就确实有了很直观的上下了,不象现在,只有前后左右。
因为我们的宇宙是三维的,旋转只能围绕一个旋转轴,只能有一个法平面,你看我们地球不也是围绕着地轴旋转,法平面就是赤道,对于太阳系来说,就是黄道面,就是黄道吉日的黄道,没错,黄道吉日这个词就是这么来的。
起初,各种粒子确实是四面八方的转,但是矢量叠加,最终就会得到一个主旋转轴和一个法平面,粒子相互碰撞后,其他方向的角动量会相互抵消,由于角动量守恒,最后都会落到这个盘子里,所以星系也大多是扁的。
这也解释了为什么旅行者一号为什么只能沿着盘子飞,而不能向上飞,就算飞上去了,也得被拉回来,因为这个星系本来就没有上下,只有左右。
还是打个比方吧。
就好像是我们中国人,年轻时出去打拼,到老的时候总是念叨叶落归根,想方设法也要回到家乡,对于粒子来说也是这样,虽然起初上蹿下跳,最终还得回到父母的怀抱,对于粒子来说这叫角动量守恒,对于人类来说,这就叫文化。不过,还是有的文化不讲究这个的,比如一群罪犯被发配到美洲,就创建了灯塔国,而且还和祖宗开战,闹着要独立,这就是不同的文化了。
粒子呢,是不是也有这种不同的呢?
还是有的,有的星系就是球形的,要是处于那种星系中,飞行器就可以选择上下左右飞了,这种星系为什么会形成球形呢?难道它们的角动量不守恒啊,当然守恒了,这是宇宙的基本规律是不可能改变的,不过可能有另一种物质起了作用,这种物质就是暗物质,要是考虑到暗物质的引力效果,其实这种球形星系也是扁的,因为我们看不见暗物质,所以就看起来是球形星系了,那么暗物质是什么呢?谁知道呢?刘慈欣说那是二维化之后的物质,没准也有可能。
最后再说一个问题,既然太阳系有上下,那么为什么包括地球在内的诸大行星不掉向太阳啊,或者说为什么不向下掉啊,因为向心力啊。
向心力这个不是牛顿说的,这是笛卡尔说的,地球之所以不下沉向太阳,月球之所以不下沉向地球,那是因为它们向下的力,就是万有引力提供向心力被用来做圆周运动了。
这个就不用过多解释了,生活中随处可见,拿一根绳子拴上一块石头转起来,石头也没有被绳子拉向你的手,而是转圈。