深度长文：为何地球悬浮在太空中，而没有坠落下去？

简单讲：悬浮是错觉，坠落才是真相。

之所以我们会产生悬浮的错觉，一方面描述宇宙天体的示意图会在某种程度上误导我们的认知，让我们感觉天体好像都是悬浮在太空。更重要的原因在于，我们生活在地球这个狭小的空间内，对事物本质的认知往往会不可避免地产生局限性。

这种局限性其实还是我们对大自然运动规律掌握得不够造成的。宇宙中有无数个天体， 看起来好像都悬浮着，当然不是因为有什么“神秘力量”起作用，而是这本来就是大自然的原有状态。

那么，从物理学角度来讲，具体是怎么回事呢？

这还需要从人们对“力”这种概念的认识开始说起。不要以为“力”的概念很简单，不就是物体之间的相互作用嘛，但人们对力的认知，以及运动与力之间关系的认知，在相当长的时间里是错误的，直到近代才逐渐接近力和运动的本质。

比如说，在古希腊时期，亚里士多德在解释力这种概念的时候，就认为力是维持物体运动的原因，通俗来讲就是，任何物体的运动都必须有力的参与才行。

这种思想一直统治了上千年之久，直到文艺复兴开始之后，以伽利略和牛顿为代表的学者才逐渐推翻了亚里士多德的观念。

在伽利略开普勒等前辈的基础上，牛顿提出了著名的三大定律。其中牛顿第一定律指出，力并不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。一个物体在不受外力或者说受到的外力合力为零的情况下，并不一定处于静止状态，还可能保持匀速直线运动状态。

任何物体只要受到外力作用不为零的情况下，一定会朝着外力的方向运动，这一点是毋容置疑的，而这种现象在我们日常生活中太常见了，著名的“苹果落地”的故事相信大家都知道，牛顿正是通过“苹果落地”的现象获得了灵感，从而提出了著名的万有引力定律。

当然，故事的真假我们不做考究，也并不重要。但有一点是肯定的，地球上的物体在地球引力的作用下都会向下运动。

而正是这种“万物一定会向下运动”的认知，让我们对太空中悬浮的无数个天体感到不解。既然引力无处不在，宇宙中那么多的天体为什么不像地球表面的物体那样坠落呢？为什么会一直悬浮在太空中呢？

正如一开始所讲，所谓的悬浮只是表面现象，实际上，包括地球在内的所有天体一直都在坠落，朝着引力源的方向坠落。

拿我们的地球来讲，地球受到的引力主要来自太阳，所以地球其实一直朝着太阳的方向坠落。同样地，太阳也一直在坠落，朝着银河系中心的超大质量黑洞坠落。

既然地球一直都在朝着太阳坠落，为什么几十亿年来没有坠落到太阳上呢？

原因很简单，因为“速度”。地球自诞生之日起就一直围绕着太阳运行，拥有围绕太阳运行的圆周“切线”方向的速度。通俗理解就是，地球除了受到太阳引力之外，还有因速度产生的“离心力”作用，两种力达到了平衡，让地球一直围绕太阳运行，但这并不能否定地球一直朝着太阳的方向坠落，只不过不是垂直方向上的坠落而已。

实际上，地球上空看起来“悬浮”着的卫星和空间站，道理是一样的。之所以空间站上的宇航员会有失重的感觉，就是因为空间站其实一直在朝着地球做“自由落体”运动，自由落体的过程当然是感受不到重力的。

只不过，这里的“自由落体”并不是垂直方向上的，还有其他方向的速度，于是在空间站朝着地球坠落的过程中，始终不会坠落到地球上。

往小了说，空间站的坠落过程，本质上与我们从高处跳下没有什么区别。你从一堵2米高的墙上跳下的过程，其实也是自由落体的过程，也有“切线”方向的速度，这个过程中你会有失重的感觉，这不过这个感觉太短暂了，以至于你很难真实地感受失重。

假设你的力气足够大，弹跳足够好，理论上分析，你用力一跳，一直能跳到几乎围绕地球一周，然后在你身后不远处才落下。然后你再稍稍用力，会发生什么呢？

你将不会落到地面上，而会一直围绕地球旋转，实际上你就成了地球的卫星。在这个过程中，你并不能否认你自己一直在朝着地球坠落。

以上对天体坠落的分析是以牛顿万有引力理论为基础的，其实我们也可以用爱因斯坦的广义相对论来分析，更形象更直接。

在广义相对论体系下，万有引力其实是不存在的，引力只是时空弯曲的表象而已。同时，爱因斯坦认为，时间和空间并不是绝对的，不是一成不变的，而是有弹性的，可以弯曲，折叠，甚至撕裂。

而牛顿力学体系下，时间和空间是绝对的，一成不变的，不会受到外界环境和运动的影响。牛顿时间空间和引力的描述很符合我们的日常生活认知，而爱因斯坦提出的相对时空观颠覆了我们的传统认知。

随着科学的不断发展，尤其是对光本质的研究，人们发现时间和空间并不是绝对的，于是，利用“光速不变”这个基本假设，爱因斯坦相继提出了狭义相对论和广义相对论，而相对论也成为了现代物理学大厦的两大基石之一，另一基石是量子力学。

刚才讲了，广义相对论认为，我们每天感受到的引力，其实就是时空弯曲的表象。举个例子，地球围绕太阳转，从三维空间来看，地球的运行轨迹是椭圆形的。但是从四维时空的角度来分析，地球其实一直在做“测地线”运动。

何为“测地线”？说白了就是四维时空中两点的最短距离。

这里很有必要强调一下，四维时空中的“两点”与三维空间里的“两点”概念完全不同，理论上讲，沿测地线运动的物体不受任何外力作用，测地线也可以看做是四维时空的“直线”距离。

也就是说，天体看起来是悬浮在太空，其实一直被弯曲的时空结构“托着”，沿着完全的时空做测地线运动。

那么时空到底是如何弯曲的呢？很多示意图是这样描述的，就像弹簧床那样，重物放在弹簧床上，会造成弹簧床向下凹陷，物体感受到凹陷就会沿着凹陷的方向滚落。

其实这种对时空弯曲的描述是不严谨的，只是更形象方便我们理解罢了。其实时空弯曲的方向并不是向下，毕竟太空中没有“上下”的概念，时空弯曲的方向是朝着物体的质心，同时物体的运动也会拉拽周围的时空。

总结

由于我们生活的地球空间太狭小，所以很多时候我们的日常生活经验会有很大的局限性，要想摆脱这种局限性的束缚，最直接的方式就是跳出地球这个狭小的空间。当然，如今的人类科技不允许每个人都这么做，在这种情况下就需要大胆放飞我们的思维，我们生活的空间可以被束缚住，但我们的思维可以彻底放飞，完全不受任何束缚！