路過

關於地球自轉，自古以來全世界就有不同的說法，最早是希臘的天文學家赫拉克雷迪斯提出，其認為天體運轉時圍繞著一看得見的實體：太陽在轉的，也是有記載的提出地球自轉猜想的第一任。

後來就有了文藝復興時期波蘭的哥白尼，大家比較熟悉的就是太提出“日心說”被燒死了。實際上傳言有誤，其牛X的著作《天體執行論》是其在臨終前發表的，挑戰教會權威也是其他的事情。

哥白尼提出了地球自轉的理論。

而傳言被燒死的是布魯諾，因捍衛日心說而被教會定罪火刑之死，其實也是傳言

位於義大利鮮花廣場的布魯諾雕像

言歸正傳

哥白尼提出了日心說之後很長一段時間內的科學家都覺得好有道理，但是隻是主觀上的認可這個理論，並沒有實際去證明，直至19世紀，法國菜出來個物理學家：傅科。

這個人，可能很多人還不知道或者還給中學老師了，但是他造了個玩意兒比他名字名聲大，那就是“傅科擺”

傅科在1851年在巴黎先賢祠，用一個特殊的擺來做實驗，最初他用一根很細的長67米的金屬絲，懸掛直徑30釐米28公斤重的鐵球做了一個擺，擺錘下面是一個巨大的沙盤。擺錘經過沙盤上方會在沙盤留下運動痕跡。當時的人都沒見過這玩意兒，人們取名傅科擺。

其實驗的依據是，如果地球沒有轉動，那麼擺應該是不動的，如果地球一直在轉，那麼擺的震動面應該也發生轉動。

實際在操作的時候，人們親眼發現，每擺動一次（16.5秒）擺在地面的沙盤上會移動3mm，每小時偏轉11°20′的角度，大概31小時47分鐘一個週期。

後來這個實驗在巴黎又重做一次結論與之前做的一樣。

隨後的很多年裡在全世界做了這個實驗，發現震動面的旋轉週期與地點相關，在兩極旋轉的週期是24小時，且週期正比於實驗地點緯度的正弦。旋轉週期的方向北半球為順時針，南半球為逆時針。

至此證明了地球是在轉動的。

順便說下，傅科是個牛X人還發明瞭光度計和現代的玻璃鏡子等等

另外在他之前還有個更牛的人大他200來歲的惠更斯，傅科的理論及操作都是在惠更斯的理論研究範圍。

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這必須得提到一個詞——“傅科擺”

簡單來說，就是把一個單擺懸掛起來，然後從在一定擺角處釋放，如果你在擺下面裝上一個畫筆，按照常理，隨著擺的不斷運動，地面上將會畫出一條固定的直線，但實際上地面上出現了無數條直線，示意圖如下（圖中綠線）

這至少能反應出一個問題，在地球和單擺之間，一定有誰在動，否則地面上不會出現那麼多綠線。

是單擺在轉動嗎？

並不是。如果有興趣可以做這樣一個實驗，你用一個支架，在上面綁上一個單擺（如細線和橡皮），將它從一個角度釋放，然後慢慢的旋轉支架，你會發現單擺的擺動平面並沒有變（或者是平面變動很小，這屬於實驗器材帶來的誤差）

那麼只能是地球在轉了

接著上段，如果我們把這個擺做的很大，掛在房頂上，並且可以擺動很久，由於地球、房子和人，這三者是相對靜止的，所以如果我們看到單擺的軌跡在不斷變化，那就能說明：原來地球在自轉啊。

如下圖：

1851年，傅科在巴黎的國葬院，將67米長的繩子掛在房頂上，下面繫上了一個54斤的重球，然後就開始試實驗了，很成功，在眾人的面前，完美的重現的開頭動圖的模樣。

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看到有朋友在回答這個問題時提到了傅科擺，用它來證明地球在自轉，有點高深。其實只要我們仔細觀察，平時有很多自然現象都可以說明地球在自轉。

第一個自然現象就是白天黑夜的交替。地球上的任何一個地方都會經歷早晨太陽昇起，中午和黃昏太陽落下晚上月亮升起，落下。地球上總有一半是白天，一半是黑夜。其實這就是地球在自轉的一種典型事例。

第二個自然現象就是颱風。現在已經十月份了還有颱風生成，感覺今年的颱風有點多啊！大家發現沒有颱風是旋轉的，而且颱風的旋轉方向和地球的自轉的方向是一致的，在北半球，颱風都是逆時針旋轉的；南半球檯風是順時針旋轉的。颱風的旋轉方向也是由地球的自轉引起的。

第三個自然現象就是晚上星星的東昇西落也是地球自轉的表現。天空中的大多離我們十分遙遠，他們自身的運動我們肉眼是感覺不到的，因此可以說它們是靜止的。我們在地球上看到行星也會在一晚上的時間也會從東面升起西邊落下的現象，也是由於地球的自轉引起的。

亞里士多德曾經挑戰過這個問題，他的觀點是：如果你將石頭垂直向上扔出去，並允許它落回地球，那麼，如果地球在旋轉，當石頭落地時，它應該會略微向東移動。亞里士多德做了實驗發現並沒有，所以得出結論是地球沒有旋轉。但問題是，到底怎樣才算是垂直的呢？此外，亞里士多德的實驗面臨很多基礎設定問題。

為什麼亞里士多德的方法是不可行的？

因為在地球上無論是扔出一個物體或者是從高塔自由釋放一個物體都會受到地球自轉初速度的慣性影響，使得扔出去的自由落體仍然帶有自轉的初速度。這就像是在高鐵上跳起跟在地面上跳起時一樣。實際上地球赤道的自轉線速度為466 米/秒（合167.76千米/小時），但沒有人類或動物因為在赤道上跳起就快速地漂移到幾百米之外。對慣性概念的不瞭解，亞里士多德犯了一個基礎的前提錯誤。

在地球上人力所及的扔東西在空中自由下落的時間都太短，基本上很難體現出地球自轉帶來的偏差。實際上在空中飛行的物體，脫離了大地的加速之後就不再受到地球自轉的影響，但如果時間不夠長，這種偏轉過於微小，且容易被空氣阻力等外力的效用所淹沒。

所以不管亞里士多德怎麼扔東西，都無法觀察到明顯的落點位置偏差。

有哪些可行的辦法來確定地球是在自轉呢？

拍一張星空的延時照片（一個晴朗的晚上足矣）你會發現所有的星星會圍繞一個點旋轉。這恐怕是在今天最容易的驗證地球在自轉的方法。很多數碼相機都有長時間曝光功能，包括一些手機都有。所以利用這一功能，你可以非常簡單地驗證地球的自轉。而且你還能找到地球的自轉軸對應的天空在哪個位置（就是星星環繞旋轉的那個點）。科里奧利效應。當你向南射擊，子彈必將偏離直線，這隻有在地球有自轉的情況下才會發生，只要子彈飛行得足夠遠就容易被觀察得到。如果地球沒有旋轉，那子彈的路徑就不會偏轉。這個道理倒是簡單，但是做起來不容易，因此人力實驗不是很現實。

上圖：用棒球投球手形象地解釋了科里奧利力的現象。從北極向赤道投球，如果可以飛到赤道的話，球的路徑將向西偏。

做一個足夠大的單擺，看它在長時間的自由擺動中是否能保持穩定——實際情況在地球上的絕大部分地方都是是否定的。巴黎的福柯擺（以及世界各地的複製品）完全會按照預測的方式偏離直線，並且隨著時鐘每天旋轉幾乎一圈。因為福柯鐘擺足夠大，因此擺動的時間可以足夠長。

上圖：福柯擺實物

福柯出生於1819年，是法國出版商的兒子。從很小的時候起，他就展示了製作機械玩具的卓越技能。他學習醫學，後來轉到巴黎天文臺的物理科學研究。福柯被廣泛認為是有史以來最有天賦和多才多藝的實驗主義者之一。他被認為是陀螺儀的發明，陀螺儀是用於在快速運動期間指示固定方向的重要儀器。它是當今使用的許多導航系統中的重要組成部分。1851年，福柯設計了一項創新實驗來驗證地球的自轉。他的主要裝置是一個大鐘擺，後來後來被稱為福柯擺。

單擺如果沒有外力影響應該會因為能量守恆定律會一直襬下去，但只要擺錘足夠重，擺繩足夠長且形狀合適，擺就可以將擺動時間拉到很長。因為擺越重在相同位置釋放所擁有的初勢能就越高，擺線越長擺的週期也就越長，而擺的形狀如果風阻小，那麼受空氣減速的效應也小（也沒誰會把擺做成扇子型的吧）。福柯擺就是一個大型的擺，最初的設計其擺球是一個28公斤的包銅鉛球，用一條67米的繩子懸掛在巴黎萬神殿的穹頂上，由此確保這個擺可以長時間擺動（數小時）。

上圖：福柯擺的原理（這裡示意的是在極點上的情況）。

在北極或南極，擺錘的擺動平面相對於宇宙來說是保持固定不變的，但地球卻在旋轉，因此擺錘的軌跡相對於地球來說就是在不斷地偏轉，而且需要一個恆星日完成旋轉一週。因此，相對於地球而言，北極的福柯擺的擺動平面，從上方往下看，在一天內會完成整整一週的順時針旋轉;而南極的福柯擺則是逆時針旋轉。

當福柯擺懸掛在赤道上時，就不會出現這種奇怪的旋轉了。在地球的其他不同緯度的地點，福柯擺的振動平面的旋轉速度都要比在極點慢。例如，在南緯30°的一個福柯擺，從地面觀察者的上方觀察，會在兩天內逆時針旋轉360度。

福柯擺每日旋轉角度=360度 x sin(緯度)太陽的旋轉。太陽看起來像是圍繞著地球旋轉，但如果認為地球也在旋轉的話，那麼就很好解釋這個現象。但人類的日常經驗帶來的固有觀念是很難改變的，尤其是當人與人之間相互強化某種經驗和認識且拒絕從多個角度來看待同一現象時——這就是哥白尼被教會燒死的原因（人家不過是換了一個角度看問題而已）。上圖：地心說與日心說的天體運動模型差異。從“中心”的定義上來講，這兩個觀念並沒有對錯（但上述地心說模型的視覺展示是不符合現實的），但顯然日心說更簡單一點。地球的風帶。透過研究地球不同緯度的風帶，會得到地球自轉的結論，並且可以證明地球自轉的方向。空氣在赤道附近流動的路徑與經線是不平行的，而是傾斜的，且南北半球剛好相反，這是赤道暖空氣上升之後並保持動量的結果，這實際上也歸因於前面所說的科里奧利力。請注意科里奧利力不是一種實在的力，只是看起來像是一種力。上圖：地球風帶在不同緯度上的自然劃分（是地球自轉形成的，而不是人為定義的）。

總結

運用現有的物理法則，我們可以從多個角度來推匯出地球在自轉的結論。而往往這些細微的線索會被日常經驗所遮蔽。亞里士多德是個很善於思考的人，但他絞盡腦汁還是隻得出了一些感性的結論，因此他只能叫做哲學家，而不是科學家。