絕對的靜止在宇宙中是不存在的,宇宙間所有的物質都處於或快或慢的運動之中,當然也包括我們的地球。
對於一個物體而言,它的運動又是相對的,要指出一個物體的運動方式就必須要首先選定一個參考系。比如我們說一架處於飛行狀態的飛機在運動,此時我們是以地面為參考系而做出的描述,反過來,如果我們以飛機作為參考系,也可以說地面正處於相反方向的運動之中。
在科學尚未誕生的歲月裡,人類無法認識到物質的本質,也無法對運動產生正確的理解,所以在很長的一段時期裡,人類都認為地球是靜止不動的。“天圓地方”是中國自古以來對天地的認知,這種認知滲透於中國文化的方方面面,圍棋的設計就很明顯的體現出了這一點。
隨著文明的進步和科學的誕生,人們發現地面並不是平的,一直以來我們所賴以生存的大地其實是個球。
而且這個球還很不安分,它不是靜止的,它一直在運動,既自轉又公轉。也就是說一直以來所看到的日月更迭和星辰變幻,並不是這些宇宙天體在圍繞地球運動,而是地球本身在運動,只不過在我們以地球為參考系的情況下誤以為它們在運動罷了。
地球自轉的角速度約為每小時15度左右,完成一週的自轉需要23小時56分4秒,也就是我們所說的一天。從角速度來看,地球的自轉是很慢的,但從線速度來看又顯得很快。由於緯度和地形的關係,不同的地方自轉的線速度是不同的,地球自轉線速度公式為:V=COSθ*(R+h)*2π/T。
根據地球某點自轉線速度的公式計算得出地球上自轉線速度最快的地方是南美洲的科託帕希火山,約為每秒鐘464.1米。
而世界最高峰珠穆朗瑪峰的自轉線速度為每秒鐘411.2米。每秒鐘400多米的速度的確是很快,可我們即使身處那裡依然感覺不到地球的自轉,因為地球太大了。正因如此,千百年來人類都沒有意識到腳下的這片大地是會動的。
這裡有個有趣的問題,雖然在地球上大多數的地方是無法感覺到地球自轉的,但是如果我們站在極點之上又會如何呢?既然地球在自轉,那麼就有一個自轉軸,而自轉軸與地球兩極接觸的地方就是極點,也就是我們常說的北極點和南極點。理論上講,地球的極點處應該是處於原地旋轉狀態的,那麼在這裡我們是否能夠感覺到地球的自轉呢?
站在地球極點之上自然也就不存線上速度了,此時唯一能夠讓我們感受到運動的就是地球自轉的角速度。
地球自轉的角速度約為每小時15度,也就是說每分鐘約為0.25度,如此微小的變化,即使我們處於極點之上,也是很難感受到的。而且要感受到地球的自轉運動就必須要有一個參考系,而極點周圍所有的景緻都是隨地球一同運動的,這一點也阻礙了我們感知地球的自轉。
等到夜晚的時候,如果你有足夠的耐心,在極點處仰望星空,以滿天星辰作為參考系,那麼花上一些時間是能夠感知到地球自轉的,不過由於地球自轉的角速度實在是太慢了,所以這種感知也僅限於理性上,對地球運動實實在在的感覺是不會出現的。其實,要想在地球上確認地球的自轉並非難事,早在1851年就出現了一個簡單的實驗可以證明這一點。
萊昂·傅科,一名法國的物理學家,發明了一個簡單的裝置傅科擺,這個精巧的裝置可以通過簡單的物理學原理來證實地球的自轉。
簡單來講,傅科擺就是一個擺錘,在設計上儘量減小摩擦阻力,使這個擺錘能夠自行擺動很長的時間。根據慣性定律,擺錘擺動的空間方向是不會發生改變的,也就是說擺錘擺動的方向並不會追隨地球自轉的方向而發生變化,基於這一點,一段時間之後就可以看出擺錘擺動的平面相對於地表發生了轉動。
在北半球,擺錘的擺動平面的轉動方向是順時針的,而到了南半球,擺錘的擺動平面就會逆時針轉動。如果將傅科擺放置到南北極點上,那麼擺動平面就會轉動形成一個圓,這個圓的形成周期為23小時56分4秒,也就是地球自轉一週的時間。