深度長文：為何地球懸浮在太空中，而沒有墜落下去？

簡單講：懸浮是錯覺，墜落才是真相。

之所以我們會產生懸浮的錯覺，一方面描述宇宙天體的示意圖會在某種程度上誤導我們的認知，讓我們感覺天體好像都是懸浮在太空。更重要的原因在于，我們生活在地球這個狹小的空間內，對事物本質的認知往往會不可避免地產生局限性。

這種局限性其實還是我們對大自然運動規律掌握得不夠造成的。宇宙中有無數個天體， 看起來好像都懸浮著，當然不是因為有什么“神秘力量”起作用，而是這本來就是大自然的原有狀態。

那么，從物理學角度來講，具體是怎么回事呢？

這還需要從人們對“力”這種概念的認識開始說起。不要以為“力”的概念很簡單，不就是物體之間的相互作用嘛，但人們對力的認知，以及運動與力之間關系的認知，在相當長的時間里是錯誤的，直到近代才逐漸接近力和運動的本質。

比如說，在古希臘時期，亞里士多德在解釋力這種概念的時候，就認為力是維持物體運動的原因，通俗來講就是，任何物體的運動都必須有力的參與才行。

這種思想一直統治了上千年之久，直到文藝復興開始好之后，以伽利略和牛頓為代表的學者才逐漸推翻了亞里士多德的觀念。

在伽利略開普勒等前輩的基礎上，牛頓提出了著名的三大定律。其中牛頓第一定律指出，力并不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動狀態的原因。一個物體在不受外力或者說受到的外力合力為零的情況下，并不一定處于靜止狀態，還可能保持勻速直線運動狀態。

任何物體只要受到外力作用不為零的情況下，一定會朝著外力的方向運動，這一點是毋容置疑的，而這種現象在我們日常生活中太常見了，著名的“蘋果落地”的故事相信大家都知道，牛頓正是通過“蘋果落地”的現象獲得了靈感，從而提出了著名的萬有引力定律。

當然，故事的真假我們不做考究，也并不重要。但有一點是肯定的，地球上的物體在地球引力的作用下都會向下運動。

而正是這種“萬物一定會向下運動”的認知，讓我們對太空中懸浮的無數個天體感到不解。既然引力無處不在，宇宙中那么多的天體為什么不向地球表面的物體墜落呢？為什么會一直懸浮在太空中呢？

正如一開始所講，所謂的懸浮只是表面現象，實際上，包括地球在內的所有天體一直都在墜落，朝著引力源的方向墜落。

拿我們的地球來講，地球受到的引力主要來自太陽，所以地球其實一直朝著太陽的方向墜落。同樣地，太陽也一直在墜落，朝著銀河系中心的超大質量黑洞墜落。

既然地球一直都在朝著太陽墜落，為什么幾十億年來沒有墜落到太陽上呢？

原因很簡單，因為“速度”。地球自誕生之日起就一直圍繞著太陽運行，擁有圍繞太陽運行的圓周“切線”方向的速度。通俗理解就是，地球除了受到太陽引力之外，還有因速度產生的“離心力”作用，兩種力達到了平衡，讓地球一直圍繞太陽運行，但這并不能否定地球一直朝著太陽的方向墜落，只不過不是垂直方向上的墜落而已。

實際上，地球上空看起來“懸浮”著的衛星和空間站，道理是一樣的。之所以空間站上的宇航員會有失重的感覺，就是因為空間站其實一直在朝著地球最“自由落體”運動，自由落體的過程當然是感受不到重力的。

只不過，這里的“自由落體”并不是垂直方向上的，還有其他方向的速度，于是在空間站朝著地球墜落的過程中，始終不會墜落到地球上。

往小了說，空間站的墜落過程，本質上與我們從高處跳下沒有什么區別。你從一堵2米高的墻上跳下的過程，其實也是自由落體的過程，也有“切線”方向的速度，這個過程中你會有失重的感覺，這不過這個感覺太短暫了，以至于你很難真實地感受失重。

假設你的力氣足夠大，彈跳足夠好，理論上分析，你用力一跳，一直能跳到幾乎圍繞地球一周，然后在你身后不遠處才落下。然后你再稍稍用力，會發生什么呢？

你將不會落到地面上，而會一直圍繞地球旋轉，實際上你就成了地球的衛星。在這個過程中，你并不能否認你自己一直在朝著地球墜落。

以上對天體墜落的分析是以牛頓萬有引力理論為基礎的，其實我們也可以用愛因斯坦的廣義相對論來分析，更形象更直接。

在廣義相對論體系下，萬有引力其實是不存在的，引力只是時空彎曲的表象而已。同時，愛因斯坦認為，時間和空間并不是絕對的，不是一成不變的，而是有彈性的，可以彎曲，折疊，甚至撕裂。

而牛頓力學體系下，時間和空間是絕對的，一成不變的，不會受到外界環境和運動的影響。牛頓時間空間和引力的描述很符合我們的日常生活認知，而愛因斯坦提出的相對時空觀顛覆了我們的傳統認知。

隨著科學的不斷發展，尤其是對光本質的研究，人們發現時間和空間并不是絕對的，于是，利用“光速不變”這個基本假設，愛因斯坦相繼提出了狹義相對論和廣義相對論，而相對論也成為了現代物理學大廈的兩大基石之一，另一基石是量子力學。

剛才講了，廣義相對論認為，我們每天感受到的引力，其實就是時空彎曲的表象。舉個例子，地球圍繞太陽轉，從三維空間來看，地球的運行軌跡是橢圓形的。但是從四維時空的角度來分析，地球其實一直在做“測地線”運動。

何為“測地線”？說白了就是四維時空中兩點的最短距離。

這里很有必要強調一下，四維時空中的“兩點”與三維空間里的“兩點”概念完全不同，理論上講，沿測地線運動的物體不受任何外力作用，測地線也可以看做是四維時空的“直線”距離。

也就是說，天體看起來是懸浮在太空，其實一直被彎曲的時空結構“托著”，沿著完全的時空做測地線運動。

那么時空到底是如何彎曲的呢？很多示意圖是這樣描述的，就像彈簧床那樣，重物放在彈簧床上，會造成彈簧床向下凹陷，物體感受到凹陷就會沿著凹陷的方向滾落。

其實這種對時空彎曲的描述是不嚴謹的，只是更形象方便我們理解罷了。其實時空彎曲的方向并不是向下，畢竟太空中沒有“上下”的概念，時空彎曲的方向是朝著物體的質心，同時物體的運動也會拉拽周圍的時空。

總結

由于我們生活的地球空間太狹小，所以很多時候我們的日常生活經驗會有很大的局限性，要想擺脫這種局限性的束縛，最直接的方式就是跳出地球這個狹小的空間。當然，如今的人類科技不允許每個人都這么做，在這種情況下就需要大膽放飛我們的思維，我們生活的空間可以被束縛住，但我們的思維可以徹底放飛，完全不受任何束縛！