地球真的飄在太空中？

如果從太空上看地球，地球好像是飄在太空中一樣。曾經有很多探測器在太空中拍攝過地球的樣子，我們來舉幾個例子：

1972年12月7號，美國阿波羅17號在前往月球途中，回頭朝著地球拍攝了一張名為“藍色彈珠”的照片。

1968年，阿波羅8號在繞月軌道上朝著地球拍下了一張名為“地出”的照片。

2017年10月2日，探測器OSIRIS-REX在距離地球500萬公里的位置，朝著地球和月球拍下了一張全家福。

1990年2月14號，旅行者1號在距離地球64億公里外朝著地球的方向拍攝了一張照片，這張照片被命名為：暗淡藍點，只有0.12個畫素點那麼大。

如果仔細看這四張照片，無一例外，地球都是飄在太空當中的。要知道對於地球上的人而言，我們始終能夠感受到一個“向下”的力，這個“力”和我們自身的體重有關。這個“力”牢牢地把我們按在地面上。一個普通人的體重一般都在100公斤以下，能超過100公斤的人可以說是很胖了。而如今全球人口達到了70億，如果每個人都按照100公斤來算，那全球人口滿打滿算也7000億千克，這算下來就是7000億噸。但是，地球的重量足足達到了60萬億億噸，比全人類總重量還要高10多個數量級，那為什麼地球可以飄在太空中，不會向下墜？

要了解這個問題，我們首先要從牛頓說起。牛頓可以說是現代科學的奠基人，他的主要成就是力學的三大定律和萬有引力定律。其中，萬有引力定律告訴我們宇宙萬物遵循的法則實際上和地球上是一樣的，統一了太空和地球上的動力學規律。而力學三大定律則是物理力學這部分的基礎。

透過牛頓的理論，如果物體不受力，或者合力為零的時候，應該是呈現靜止或者勻速直線運動的。在地球上，人會受到地球的引力，所以當人跳起來時，會受到地球的引力和地球自轉向心力的共同作用，這兩個力的合力方向是豎直向下的。因此，人類始終會感受到一個“向下”的力，地球上的物體的受力情況也是如此。人們看到萬物會向著地球表面下墜，在常識中就形成了萬物都會“向下墜”的謬誤。

我們再來看看地球的情況，並沒有任何的力拽著地球向下墜。地球受到的是太陽的引力，如果要細扣一些細節，那麼地球還會受到月球的引力，以及太陽系其他天體的引力，但這些引力與太陽引力相比就不算什麼。地球由於具有一定的初速度，所以地球是繞著太陽做橢圓軌道的運動，太陽在橢圓上的一個焦點。所以，透過牛頓的理論，我們就會知道，地球並不會下墜，因為它不受一個向下的力，同時它受到的力是指向太陽的。如果非要對地球規定一個“向下”方向，那這個方向應該是朝向太陽的，如果地球的速度降到0，地球就會“下墜”到太陽裡。

類似的現象在地球上也有，地球上的物體如果速度達到7.9km/s，就可以繞著地球轉，這就好像地球繞著太陽轉是一回事，衛星和探測器的原理就是如此。

牛頓的力學理論和萬有引力定律被我們稱為經典物理學。而物理學到了近代發生了天翻地覆的變化，如今關於引力的主流看法是來自於愛因斯坦的廣義相對論。我們也可以從愛因斯坦的廣義相對論來理解一下：為什麼地球看起來是飄在太空中的？

愛因斯坦在狹義相對論當中，統一了時間和空間，他認為時間和空間應該被併成為時空，而人類就生活在一個四維時空當中。在廣義相對論當中，愛因斯坦對這個狹義相對論又做了進一步的推廣，他認為引力並不存在，引力現象的本質是時空的彎曲。

月球繞著地球轉，是因為地球壓彎了周圍的時空，地球是沿著時空的“測地線”在運動。這裡的“測地線”指的就是兩點之間的最短距離。

同樣的，地球繞著太陽轉，實際上是因為太陽壓彎了周圍的時空，地球沿著測地線在運動。也就是說，地球某種程度上是在走四維時空中的“直線”，它是符合牛頓第一定律的闡述：地球並不受力，只是在勻速直線運動而已。從我們的視角中，它的軌跡是橢圓而已。所以，從相對論的角度，空間的彎曲並沒有使得地球向下運動的趨勢，同時也沒有任何的力促使地球向下運動，地球也就不會下墜。