及时章 我们的地球

世界知名作家圣彼得·伯南丁曾经说过他小时候关于地球和天空的光怪陆离的想象。他认为，光从地球表面来看，太阳从一座山上升起，到了晚上，就会从另外一座山上落下去。他认为天空就是一座蓝色的大拱桥，或者是一个倒扣在地球表面的大碗。他想象着，如果有24小时可以在天空行走，那么他必须小心翼翼地弯腰行走，这样，他的脑袋才不会碰到茫茫天幕。24小时，他终于下定决心要解除疑问，把这个事情弄个明白。这天，他挎上小篮子，带上午饭就出发了。他走啊走啊，走了好长时间，希望可以用手触摸到天空，但是天空似乎在跟他捉迷藏，当他前进的时候，似乎天空就在后退，他们始终保持着相同的距离，永远触摸不到。终于，小彼得疲惫不堪，疲劳战胜了好奇心，他放弃了这次冒险。后来小彼得总结这次冒险，他认为是自己的腿不够长，力量不够足，他还不能够走到足够远的地方去接触天空。

我亲爱的读者们，你们小时候是否也有这种孩子气的童稚想法？想象着地球就是一片无限延伸的广阔土地，同时被蓝色的圆形苍穹包围着，只是中间被海洋山脉所切割。现在我们都知道，天空并不是栖息在大地上，我们站在大地的任何一个地方都不会有碰撞到天幕的危险，因为在任何地方，天与地之间的距离都是一样的。你也知道，如果你朝着一个方向一直往前走，你会遇到平原、山脉、海洋，但是你永远也不会到达地球的边界。简单地说，地球是圆的，我们从一个地方出发，沿着一个方向一直走，最终我们就会回到我们出发的原点。

地球是一个巨大的球体，悬浮在茫茫宇宙之中，没有任何支撑。想象一下，如果用一根线，将一个巨大的球悬浮在空气中，在球面上有一只小昆虫，假设没有任何障碍来阻挡它的行程，如果它总是保持向同一个方向前进，它是否最终会回到它的始发点呢？我们人类相对于地球来说，就类似于小昆虫相对于你所能想象的巨大球体的关系，或者我们更加微不足道。假设我们不会遇到任何障碍，我们也接触不到天幕，即使我们从不同的方向出发，只要我们坚持朝前走，走足够足够远的距离，我们就可以翻越地球，回到起点。所以，地球是一个没有任何支撑、悬浮于宇宙的巨大球体。至于像"一座蓝色的大拱桥"一样包围着我们的天空，它只是地球表面空气所折射的蓝色光线形成的表象而已。

我们可以用下面的简单事实来阐述"地球是圆的"的道理。一个旅行者，想要到达前方的市镇，前方一片坦途，没有任何障碍阻隔视线。从远方看过去，那么这个市镇的较高点——尖塔的顶点是被看到的地方，旅行者再走近一点，尖塔的顶部、塔身，以及其他的建筑物都会慢慢呈现在他的视线中，因此，随着逐渐走近，旅行者眼中映入的事物是从较高点慢慢过渡到低点。但是，如果地球是平的，这种情况就不会发生。如果地球是平的，不论在任何距离的情况下，我们都会看到尖塔的全部，而不是从顶部到底部逐渐被看到，就像图1所示。图1中有两个观察者——A和B，他们分别站在塔右边不同距离的地方，但是他们都可以看到塔的全部。因此，从另一方面来说，如果地球是圆的，远方的物体就会被地球表面的凸起球面所掩盖，当距离不断缩减，这些物体才会从顶部开始，不同程度地呈现。因此，在图2中，对于观察者A来说，塔身就是不可见的，因为地球球面阻碍了观察者的视线；观察者B只能看到塔的上面部分，塔的下面部分同样被地球球面阻碍；而观察者C却可以看到塔的全貌，一览无余。

事实上，地球上很少有如此合适的、开阔的、规则的地方让我们一览无余地观察，总会有那么多丘陵、山脉和数不清的植物阻碍我们的视线，妨碍了塔身从顶部到底部的逐渐呈现。海面依照地球的表面而形成球面，因此，在毫无阻碍的海面上，想要解释因为地球是圆的所带来的一切现象是十分容易的。

对于从海上驶入海港的船只来说，映入眼帘的是海港上的较高点，例如山峰的顶点。然后慢慢地高塔也会进入海员的视线内，海港沿岸的景象都会走进海员的视野。同样，对于海岸上的观察者来说，他们看到的是驶入船只的桅杆顶部，然后是上桅帆，再是下桅帆，才是船体。如果船只离港，那么观察者会看到船只以相反的次序逐渐消失——先是船体被隐藏，接着是下桅帆，再是上桅帆，然后是船体顶端，从远处看来似乎整个船只都坠入海中去了，就像是图3中所显示的那样。

关于"地球是圆的"的另外一个证据就是地平线的形状。"地平线"这个词来自于希腊语，意思是"被限定的，被束缚的"，意味着当我们处于一个空旷的地区，我们周围的这条线限定着我们的视野。

对我们来说，似乎有一条线，将地面和天空连接在一起。倘若在一个开阔的地区，比如没有任何瑕疵的平原，则地平线以观察者为心形成一个圆形。地平线形成的圆形在海上表现得尤为明显，水天一线的地方以船只为中心呈现出一个巨大的圆盘。如果地球是平的，我们对于地球表面的视野只会因为我们的视力范围受到限制，如果有一架超强望远镜，我们可以看到无限远的任何地方，那么地球表面就不会有可见与不可见地方的分界。但是事实不同，在地平线以外的地方，即使有好的望远镜也无能为力。

因此，地球不是平的，而是圆形的。图4的表述会让你更清楚。在地球表面，假设有一条垂线OB，在OB线上选择点A作为观察点，观察者在这一点四处凝望，那么球面的哪一部分在观察者的视线中呢？答案很简单，从A点画一条直线AK，与地球表面相切，切点K就是直线AK与地球表面的交点，那么K点就是观察者在A点沿AK方向所能看到的地球上的最远点，而K点之外的地方都是不可见的。同样地，我们从A点做出类似切线，如AP、AQ、AR、AS等，切点分别是P、Q、R、S，假设做了无数多这样的切线，与地球表面形成无数的切点，所有这些点连接成线，就会形成一个完整的圆，也就是我们所见的地平线，这个地平线限定了观察者从A点对地球表面的观察范围。我们从OB上任何一点出发都可以得出同样的结论。因此，地平线都是圆的，我们无论从任何地方看起来，地球也只能是圆的。

现在，我们称之为地球的这个巨大的球体，周长为4万千米长，这么庞大的数字意味着什么呢？下面我会为你们讲述得更明白。如果你曾经爬过高塔，并且在塔顶向外张望，你会被视野内无限延展的空间距离深深打动，那条蓝色的地平线，看起来如此遥远，在你的脑海中烙下印记，成为记忆中最遥远的距离。那么这时，你距离地平线有多远呢？站在塔的顶端最远可以望到哪里呢？这取决于两个要素：一是塔的高度，二是地面的平坦程度。再回到图4中，这回假设观察者不在A点，而是更高一点，在B点，那么很明显，视线的延伸距离也更远，视线最远点在地球表面H点，视野更加开阔。也就是说，因为地球是圆形的，你在地球表面站得越高，看得也就越远。

而在另一种情况下，地势不平坦的山脉地区，切割了我们的视线，破坏了我们的地平线。假设一下，如果地球表面像海面一样平坦，观察者站在世界较高钟塔顶端，即斯特拉斯堡大教堂(高142米)，在这样的情况下，视线所及地平线周长为40千米。假如勇敢的圣彼得。伯南丁，有着一双强健的双腿，希望可以走到从斯特拉斯堡大教堂顶端钟塔所看到的地平线处，那么他需要整整24小时时间。如果他成功地完成了这项任务，恐怕他没有勇气再开始第二天的行走。我们的地球如此巨大，它的周长有1000个这么长，需要1000天不间断地行走。

这时，你可能会问自己，当地球表面有那么多的高山与深海来破坏地球表面的规则性，地球仍然被说成是球形的吗？你可能会乐于承认海洋表面是球形的，但是认为陆地的表面不同。你会认为，除了地球表面的不规则性你什么都看不到。你会问，高峰、山谷、丘陵、平原、悬崖，在这一团混乱中，具有规则的球形吗？我应该如何从布满无限不规则的地球表面找出其中隐含的规则性呢？但是，请问，橘子是球形的吗？你会回答：当然是的。但是，请你仔细看，橘子皮表面皱皱巴巴，一点都不光滑平整。你会回答：这没有关系啊，橘子皮表面的不平坦跟橘子整体的大小来说，可以忽略不计，所以橘子是球形的。确实是这样的，那么同理，地球也是球形的，尽管地球表面并不平坦，但是地球如此巨大，即使是较高的山峰对地球来说也是可以忽略不计的，我会向你证明这一点。

把地球假想成一个直径为2米的大而光滑的圆球，按照正确比例在球体表面雕塑出地球上的主要山脉。位于亚洲中间地带的喜玛拉雅山脉的珠穆朗玛峰是世界较高峰。较高峰高于海平面8848米，高峰直入云端，烟雾缭绕，山脚盘踞着广阔的土地，相当于一个帝国的土地面积。渺小的人类面对这样一座大山会有什么感想？那么，我们把这座山在我们假设为地球的球体上以同比例展示，你觉得我们应该用什么材料来做呢？是一粒沙——会轻易地从你手中滑落的细纱，我们需要的是一粒1(1/3)毫米的细沙，巨大的对我们来说具有压倒性震撼效果的山峰，对于地球来说，几乎什么都不是。这个比例比水果皮上小丘胞相对于水果的比例还要小。欧洲较高峰白朗峰，高4810米，用直径是刚才细沙一半的小沙粒来表示就可以了。不需要重复更多的例子，你可以清楚地看到，球体表面布满无数不平坦、大小不均匀的小细沙，这就相当于地球表面布满大大小小的山脉丘陵，这不会影响到地球的形状。表面布满山脉丘陵的地球，按照同比例缩小，事实上就是一个表面点缀着细沙与灰尘的大球体。

地球是如何在宇宙中保持平衡的呢？是像寺庙穹顶的避难灯那样，从天空中垂下来一根链子悬挂着它吗？或者像是地球仪那样，被安置在一个支架上？成千上万的旅行者，他们四处行走，但是没有任何人在任何地方，看到任何种类的悬挂链和悬置支架，在我们居住的城市中，我们所接触的也只有大地、天空与海洋。因此我们得出结论，地球在宇宙中是独立存在的，没有任何支撑地存在于苍茫宇宙之中。

但是，为什么地球不会掉落呢？关键在这里。先自己思考一下，或许你自己就会想明白为什么地球不会掉落。抬起头来，你看到了什么？广阔的天空，无边无际的宇宙。如果站在正对着我们脚底的地球的另一端，会看到什么？仍然是广阔的天空，无边无际的宇宙。再往左或者往右一半的位置呢？仍然是一样的，总是一样的。到处都是一样广阔的天空，一样无边无际的宇宙包围着地球。

那么你告诉我，在这个任何地方都是一样的空间中，地球向哪一个方向掉落呢？如果你能，请告诉我，哪个方向是上，哪个方向是下。如果朝着天空的方向是"上"，那么别忘了在地球的相反面也是天空，那里也跟这里一样，到处都是一样的。如果对你来说，地球不能掉落进我们头顶的天空是很简单明了的道理，那么为什么你会期望地球掉落进我们下方的天空中呢？就像我们不会怀疑地球会从天空中升起一样，我们也不需要怀疑地球会落进天际。

这个问题，我们会在下一章进一步地详细阐述，我们会讲述物体掉落与地心引力的关系。首先，让我们来总结一下这一章的主要内容：地球是球形的，而且独立于宇宙之中。周长为4万千米长。它的半径，即从地球中心到地球表面的平均距离是6366千米…。地球表面即使是最不平坦的地方，对地球的形状都不具有任何改变意义。

第二章 万有引力：物体为什么会掉落

大家有没有听说著名的拉封丹的寓言故事《橡果与南瓜》，有没有因为盖洛的坏运气而哈哈大笑？人类在本质上都是有点自命不凡的，佃农盖洛看到南瓜长这么大，而它的瓜秧却如此细，他自言自语道："这一切上帝当时不知如何想的，他可没把这南瓜安顿好！要是我的话，我考虑把它挂在一棵橡树上，那就挺合适的了。树果相配，应该如此。真可惜，我一点也没领会神父在传教时讲的：一切都应该是的。可眼前这颗不到我小手指粗的橡果为什么不长在南瓜藤上呢？上帝造物时肯定弄错了！这些果实如此生长，我越瞧越觉得别扭。"

这番琢磨着实令他困惑不解，他心想：人想得太多，庸人自扰觉就难眠。可他躺在一棵橡树下很快就睡着了。

这时一颗橡果掉下来，砸在他的鼻子上。他痛醒了，用手往脸上摸，橡果挂在自己下巴的胡子上。糟了，鼻子被砸伤了，于是他马上改变了口气。

"哎哟！"他嚷着说，"我鼻子被砸出了血！要是从树上掉下一个大南瓜，那我可就惨了。上帝不会看着这种事情发生，他肯定是对的。我如今才懂得了这个道理。"

我亲爱的年轻读者们，你们也会同意盖洛的话吧。如果橡树上长了一个大南瓜，这可是太危险啦。

如果说掉落的橡果让盖洛明白了"上帝是正确的"这个道理，牛顿则因为一个苹果的掉落，意识到天体的运行遵循着一定的法则。年轻的牛顿，充满着对知识的渴求，有24小时穿过一片苹果林的时候，正好有一个苹果掉落下来。如果是我们，大概就会把这个苹果捡起来，然后吃掉，那么整个事情就这样结束了。但是，牛顿却产生了疑问：为什么苹果会落下来呢？这真是一个愚蠢的问题！

你会告诉他，苹果熟了，自然而然就会从枝头掉落了啊。但是，请等一下，先回答我一个问题，然后你会认识到小牛顿的疑问并不可以轻视。

苹果会从苹果树枝头掉落，但是如果苹果树像白杨树一样高，苹果还会落下来吗？毫无疑问，仍然会的。那么从高于苹果树十倍、百倍的高度还会落下吗？我们知道石头会从塔顶或者山顶掉落，所以答案仍是肯定的。，如果这棵苹果树因为某种奇迹，长成一棵"参天"大树，有100米、1000米、10000米高，苹果还会掉落吗？就像是我们坐着热气球升得越来越高，你从那里往下扔东西，这个东西会落到地面一样，你根本不用犹豫，答案是肯定的。从你所能想象的任何高度，苹果都会落下来。事实上，海拔越高，苹果降落到地面时的瞬时速度就会越快。

现在我们达成一个共识，即使苹果树长得没入云层，苹果总是会落到地面的。那么，如果我们把苹果换成铅球呢，铅球也会像苹果一样落下来吗？答案是一样的。很好，现在你已经了解到，苹果也好，铅球也好，不管从多高的地方，它们总是要落到地面的。那么，我想，如果铅球在遥远的月球上，它也会落向地球的吧。你认为呢？这个问题，需要好好思索一下，如果没有什么阻碍的话，为什么不会呢？你可能会回答：是的，我也认为它能掉落到地球上。

当月亮冉冉升起，抬头望一下天空，你是不是看到一个巨大的发光体，没有任何支撑地、孤零零地悬挂于夜空中？现在，注意了！就像你刚才说的那样，它会"哐"的一声，砸到我们身上，造成一次恐怖的袭击。月球是一个巨大的球体，其面积大约是地球的1/50。"哐"的一声，你惊声大叫，月亮掉下来了！我年轻的读者们，如果月亮真的掉下来，我们的牛顿就又需要坐在苹果树下进行思考了。如果月亮掉落下来，而且正好砸到我们身上，那将会是一个巨大的灾难，我们古老的地球也会分崩离析，被这个从太空来的庞然大物砸得粉碎。月亮确实在掉落，但是，这不需要惊慌：即使它一直在向地球靠近，地球与月球之间仍然保持着相同的距离。大家是不是已经迷惑了，这看起来似乎是世界上最相互矛盾的荒谬说法。那么让我们继续前进，找出一个对这个令人惊讶的事实的合理解释。

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