穿梭时空的证明(穿梭时空的证明怎么玩不成)

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穿梭时空的证明(穿梭时空的证明怎么玩不成)

你知道如何证明地球在旋转吗？其实只要有一根线，一个金属球，就可以证明。这是什么？

主席有一句诗叫“席地而行八万阿利日”，表达了地球自转的现象。即使我们坐着不动，我们也一直在跟随地球的转动。对于现代人来说，虽然我们无法直接感知地球的自转，但教科书已经告诉了我们这个道理。

但是当哥白尼在500年前提出日心说的时候，他被教会指责为异端，被活活烧死，因为他无法证明既然地球绕着太阳转，为什么太阳会升起又落下？即使我们现在知道地球的自转是昼夜交替的原因，但如何让人们亲眼感受地球的自转，一直是个难题。

直到1851年，法国物理学家福柯在万神殿做了一个有趣的实验，这是古罗马供奉诸神的庙宇，后来成为埋葬法国历史名人的庙宇，所以也被称为万神殿。神庙最高的部分是一个巨大的圆形穹顶，于是福柯在它的中心悬挂了一条67米长的绳子，并在下面安装了一个重28公斤的铜摆球。摆球的下部呈尖锥形，可以标记下面的沙盘。

在人们的注视下，福柯拉着钟摆做了一个单摆运动。按照人们的常规理解，钟摆应该在一个垂直面上来回运动，就像摆钟里的钟摆一样。但这个摆球就不一样了，因为它只是简单的用绳子连接起来，周围没有障碍物，这也是福柯选择在万神殿的大穹顶下做这个实验的原因。

随着时间的推移，原本应该在平面上来回移动的摆球开始偏移摆动，在沙盘上划出花瓣般的轨迹，一点一点地绕着中心点偏移。除了使摆做单摆运动的初始力，还有地球的自转运动，使摆的摆动看起来有偏差。

这个装置后来被命名为傅科摆，现在在很多科技场馆都可以看到，只不过沙盘换成了表盘，或者会在它的周围放置一个小球或者金属块，为了更清楚地显示摆球的位移。

证明地球自转实际上可以用傅科摆来检验。如果挂球的绳子不存在会怎么样？

我们之所以一直难以直观地展示地球的自转，是因为我们在地球上看到的一切都难以摆脱地球自转带来的惯性。有人提出假设，如果一个人在同一个地方垂直跳跃，当他再次垂直下落时，地球不会因为自转而落在同一个地方。这个假设理论上似乎是对的，但是地球自转比较慢，人在地球上受惯性影响，几乎看不到变化。即使把这个实验搬到高速的高铁上，也同样看不到变化，因为惯性不变。

所以，傅科摆的作用就是尽可能地展示地球在惯性影响下的转动。而福柯摆的摆球通常是一个重金属球，用绳子连接，惯性影响几乎可以忽略不计。这可以看作是一个完全悬浮的球体，所以如果把地球看作参照物，福柯在运动的时候就会发生位移。

但实际上，傅科摆并没有偏移，而是地球在自转，这只是我们选择的参照物不同造成的。

可以用一个小实验来验证这个现象，让两个实验者分别坐在一个可旋转的圆盘装置的两端。转盘静止的时候，两个人都能顺利的把篮球扔向对方。但是，当转盘开始旋转时，同一个投掷者无法接住，篮球偏离了接球者。我们知道投掷者仍然在正前方，而接球者就坐在投掷者的对面，一直没有离开。球的轨迹没有变，人的相对位置也没有变。改变的是实验者所在平台的旋转。

如果把这个平台放大，可以理解为旋转的地球，那么如果挂球的绳子不存在，没有地球引力，球还是可以按照自己的轨迹做单摆运动，改变的是地球的旋转和被它带动的人。而且，不仅仅是傅科摆，任何理论上可以长时间无惯性悬浮的物体，都同样可以证明地球的自转。

用福柯摆证明地球自转，其实需要一个相对的视野和参照系。这是怎么回事？

其实用福柯摆证明地球自转，除了实验本身，还需要了解参照系。如果一直坚持以自己为参照物，还是很难理解地球的自转，因为我们只看到了傅科摆的摆球发生了偏移，却看不到地球在我们的脚底旋转，因为傅科摆的偏移和地球的自转是一对事物相对运动的表现。

如果把福柯摆搬到北极来演示，会非常清楚，也更容易理解。因为地球绕南北极之间的轴自西向东旋转，假设北极轴正上方有一点，可以挂下一个摆球，那么地球的自转和摆球的摆动实现了同轴关系。

当摆球做任意方向的单摆运动时，来回的轨迹总是沿着垂直于地球的平面。地球自西向东的自转使得这条轨迹所在的平面不断向西偏转，角度为每小时15度。在这种情况下，360度的一圈正好需要24小时，与地球自转的时间和昼夜交替的24小时重合，所以比较好理解。

然而，正是因为南北极是最完美的展览场所。从两极到纬度较低的地方，傅科摆的偏转角度越小，偏转一次所需的时间越长，在赤道处傅科摆几乎不会偏转。因此，傅科摆的偏差并不是直接受到地球自转产生的力的影响，而是一种相对运动现象。

我们理解任何事情，都要从相对的角度去看。如果坚持自己有限的认知，很多事情就无法理解，甚至会造成很多悲剧。比如哥白尼提出日心说的时候，人们所能看到和理解的只是眼睛所看到的太阳、月亮和星星围绕地球旋转。太阳和月亮看似相同的自转，其中太阳的自转是由地球的自转引起的，而月亮的自转是受月亮绕地球公转和地球自转的影响。

所以，你看到的不一定是真的。任何科学真理的背后，都需要你不断探索和发散思维。就像傅科摆的发明一样，一个小小的实验就可以简单地解决人们难以演示的地球自转问题。