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引力太小了,令人难以置信!

从逻辑上说,强力是影响物质世界的四种力中最强的一种力。还有一种力,只在原子核和粒子的层面上起作用,这种力称为 弱力 ,另外两种力是我们日常生活中非常熟悉的,它们是 电磁力 和引力。尽管日常生活中我们体会最明显的力是引力,但迄今为止,它是四种力中最弱的力。引力之所以对我们如此重要,是因为由于整个地球(近 60 万亿亿公斤的物质)的牵引,我们才会有体重。这么大的数字用 指数计数制 表达就简单多了。如果用指数计数制表达,地球的质量就是 6×10 24 公斤,即 6 后面跟着 24 个 0。地球的全部质量所产生的引力集中到一起,才能使我们站在地球表面上,而不至于飞到空中,这就是我们所能感觉到的自己的体重。

要想正确理解引力的大小,可以将引力与电磁力进行对比——也可以将引力与电磁力的一个方面——电力,进行对比。这两种力都遵守 方反比定律 ,即两物体间的作用力与距离平方成反比关系。因此,我们是在比较同类事物。无论两个质子间的距离是多少,它们之间的电力的排斥力是它们之间引力的 10 36 倍。

在原子核和原子层面上,引力是微不足道的,分子由电力固着在一起,原子间引力的相互作用对分子根本没有什么影响。当然,这些电力不仅仅可以产生 排斥力 ,还可以产生 吸引力 ,就是这种吸引力把原子中的电子和原子核结合到一起,并使原子结合到一起,形成分子。正是在苹果柄上的少数原子(与整个地球中的原子相比是少数)间发生作用的电力,抵抗着地球中所有原子的引力的拉扯,使得苹果长在树上。在此层面上,电力和引力之间存在着一种竞争,电力试图把事物结合在一起,而引力试图把事物分开。当苹果重得掉下来的时候,地球的引力赢得了这场特殊的战斗,但它简直已经把它所有的力量都用在了这个苹果上。

发生这种事的原因仅仅是由于引力和电力在一个重要的方面存在着差异。 电荷 有两种, 正电荷 负电荷 ,而且它们之间可以互相抵消。单个原子没有总电荷,地球也没有总电荷。但引力是可以累加的,一个物体所含的原子越多,它的引力就越强。等你把一个物体的尺寸增大到月亮或一个行星那么大的时候,它自身的引力就足以把其内部的所有物质拉拢到一起形成一个球体。但这个球体内部的每个原子仍会保留其原来的特性。当你把一个物体增大到太阳那么大的时候,它自身的引力就足以将位于球体中心的原子击碎,并把原子核挤压到一起,从而发生核聚变。恒星的大小以及什么时候恒星中的核燃料会燃烧殆尽,正是由引力的强弱决定的。

用 10(指数计数制)换算,我们人类的质量正处于原子和恒星质量的中间。太阳的质量,取其整数,为 2×10 30 公斤。一个像碳这样的原子的质量大约是 1×10 -26 公斤,指数中的减号表示小数点后有 25 个 0 和1 个 1。一个成年人的质量,取其整数,约为 100 公斤,或 1×10 2 公斤。这就意味着,一个人的质量大约是原子质量的 1×10 28 倍,而一颗恒星的质量大约是人的质量的 1×10 28 倍。要想得到太阳的重量,得把多少人的重量加在一起才行呢?这个数量就等于人体中原子的数量。

这本身并不是一种巧合。人是宇宙中已知的最复杂的事物,因为大量的原子(大约 10 28 )以复杂的方式连在一起才能构成一个人。我们每个人都是由 100 万亿个细胞构成的,这些细胞共同起作用,才能形成一个单一的生命系统。你身体中细胞的数量至少是银河系中明亮的恒星的数量的一百多倍。原子是很简单的事物,分子较之复杂一些,细胞和人类更为复杂。但是,在恒星中,事物再次变得很简单。如果你找到 10 28 个人,并把他们放在一处,你并不会得到一个超级复杂的生命系统。引力会压碎一切,所有复杂的结构都会遭到破坏,使之成为像太阳那样的恒星,在这颗恒星的核心,一切事物都像原子核那样简单。

人类是一种复杂的生物,除此之外,人类也接近一个极限,即一个活跃的动物能生存在地球上,其尺寸的最大值。由于电力(把事物聚拢在一起)和引力(把事物分开)之间的竞争,如果某种生物的体形较小的话,它从高处掉下来,生存的概率就更大一些——即使是人类的孩子反复跌倒后,都会毫发无伤地弹跳起来。但大型动物即使是被绊倒了,都有可能摔断四肢,更遑论从树上或悬崖上摔下来。如果想比人的个头大并且还能生存在地球上,你必须要如大象那样健壮而笨重,或像鲸鱼一样生活在大海里,在海里,水可以给你提供支撑。粗略地说,凭经验而言,一个生物的体积(即它的质量)与其线性尺寸(即其高度)的立方成正比,但其骨骼强度只与其横截面成正比,而横截面又取决于线性平方。由于质量与体积成正比,而牵拉身体(产生重量)的引力与身体的质量成正比,当身体体积增大的时候,身体(从高处)落下来时,作用在身体上的引力是身体中的骨骼无法承受的。早在 17 世纪的时候,伽利略就明白了这个道理。他写道:

大自然也不能制造出大到无法测量其尺寸的树,因为它们的枝干会因为自己的重量而从树上掉下来,同样,如果人类、马匹和其他的动物的体重增加到十分巨大的程度的话,大自然也不可能为他们制造出能帮助其身体的各项功能正常运转的骨骼。

有句古老的谚语对此做了很好的总结:“站得高,摔得痛。”

让我们再从另一个角度,探讨这个看上去似乎微弱得令人难以置信的引力吧。假设引力比现在强一百万倍,即使这样,它仍然只有电力的10 30 分之一。这将不足以影响到原子和分子过程,所以原子和分子层面上的一切——特别是化学性质——还会像在我们宇宙中那样运转。但由于要权衡平方反比定律和 体积法则 ,用于制造恒星的物质的数量只需要我们的宇宙的十亿分之一(即 100 万的平方根的三次方),而且行星也会相应小很多。任何生活在这颗行星表面上的生物也必须非常小,否则它从高处落下来,就会被摔碎。在这颗行星上,不可能存在和我们一样大的生物,也不可能存在和我们一样复杂的生物。

最重要的是,这种强引力的宇宙也是诞生于它自身的宇宙大爆炸,随后,这种宇宙就会发生膨胀,然后,这种宇宙中的强引力会把云状物质拉拢到一起形成星系,但从拉拢效果来看,这种宇宙中的强引力要比我们的宇宙中的引力更为有效,因此,所形成的星系要比我们宇宙中的星系小得多,所形成的恒星也会小得多,恒星间相距很近,以至于它们经常会发生亲密接触。在我们的宇宙中,像太阳这样的恒星寿命约为 100 亿年,而这种宇宙中的恒星,在其燃料燃烧殆尽之前,也就只能存活约 1 万年。由于这种宇宙中的化学性质与我们宇宙中的化学性质相比,没有什么特别之处,因此,在这种宇宙中,进化根本就来不及发生。如果人类要想生存的话,这种宇宙中的引力必须就得像我们宇宙中的引力一样微弱才行,这的确是一个真正的宇宙巧合。 Z85pfiy+UDGC4gQ915E+zA9ulPtsR6CbLspI8Y7jzCAp56YekTwHR/H5xdFRg4UJ

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