第六百三十七章 相对论“你们都睡醒了”伸着懒腰，打着哈欠的楚云尴尬的看着，百无聊赖的他们问道。“习惯了，你们不打算说点什么解闷吗”五号拖着脑袋瓜，看着他们问道。“我们到太空部队之前，肯定需要火箭运送对不对”吴刚看着他们说道。“没错啊，但是如果是太空母舰的话，不需要火箭，但逃离地球的原理还是差不多的。”楚云说道。“1号说的没错。”虚妄说道。“你想问什么”五号问道。“我突然想到了一个词汇。”吴刚说道。“别卖关子了，说吧。”五号继续问道。“等效原理，你们都听说过吗”吴刚说道。“交给我的物理老师了。”四号说道。“是指加速度效应和均匀引力场效应不能区分。”虚妄说道。“能够详细解释吗”吴刚问道。“这一等效性产生于引力质量和惯性质量之间的等效，它导致阿尔伯特爱因斯坦提出他的广义相对论。爱因斯坦领悟到一个从屋顶落下来的人不会感知引力效应。下落的加速度正好抵消了对重量的感觉。”虚妄说道。“爱因斯坦的相对论，我看不懂多少。”吴刚老实的说道。“你听着就可以了。”五号说道。“怎么说”吴刚问道。“我说道可不是相对论，说的是你那个问题。”虚妄提醒道。“说吧。”吴刚说道。“你们要知道，等效原理最好用一艘由火箭发动机，不断推动在空间加速运动的太空船来说明。”虚妄看着他们说道。“怎么说”吴刚问道。“当发动机不点火时，太空船内的一切物体以自由下落状态漂浮着，就像从屋顶下落的人无重量一样。”虚妄说道。“这和你之前的必须差不多，具体怎么样”吴刚问道。“原则上，火箭的加速度可以调节，使得太空船内的所有物体感觉到一个正好同地球上的引力或由你挑选的任何其他力相等的力。这个力在飞船通过空间向前运动时将物体推向飞船的后端。在这个加速运动的参考系中进行的任何科学实验。例如研究钟摆的摆动，或球在地板上的滚动，都将得出与太空船固定在地面发射台上、因而根本没有加速时一样的结果。”虚妄说道。“我觉得有一点必须着重加以说明。”五号提醒道。“说明什么”楚云问道。“你们要知道，加速度等效于均匀引力场。”五号说道。“怎么说”楚云问道。“你们要知道，严格来说地球的引力场是不均匀的。”五号说道。“为什么”楚云问道。“因为它是从地球中心点向外扩散的。”五号说道。“能够详细说明吗”李思特问道。“可以，如果你被关闭在一个升降机中，在一个一直钻到地心的竖井中自由下落，那么通过仔细观察与你同乘升降机的任何两个物体，你将发现你并不是在空间自由下落。当你更接近地心时，两个物体也将沿着会聚路径互相靠近。但在地球表面，引力和加速度的等效性是几近完美的。这就是为什么从来没有人因下落而受伤的原因，仅当地面的阻挡使你的下落突然中止，你才会受到伤害。”五号说道。“还有吗”吴刚问道。“没了。”五号说道。“我也没了。”虚妄说道。“轮到我问了，我想问点高难度的，什么叫做逃逸速度”李思特看着五号和虚妄说道。“一个物体得以逃离一颗行星或恒星，即既不掉回到它们的表面，也不进入绕它们的封闭轨道，所需要的最低速率。”虚妄说道。“能够详细说明吗”李思特问道。“你们要知道，如果地球的天体表面上的逃逸速度只决定于该天体的质量和大小，那么不管是超人垂直向上抛出的石头，或是从卡纳维拉尔角发射的火箭，它们的逃逸速度是相同的。在环绕地球或太阳或其他大质量天体轨道上的一个物体，只要它的速率获得足够的提升，就能够逃脱。”虚妄说道。“具体怎么说”李思特问道。的中心相距r的任何地方，逃逸速度都等于2gr的平方根，这里的g是引力常数。”虚妄说道。“能具体点吗”李思特问道。“如果把r看成是大质量天体的半径，则上述公式给出从它表面的逃逸速度。虽然很大的天体，如木星和太阳，含有比地球多得多的质量，而且总的说来引力场也较强，但它们的质量所占的体积较大，因而木星和太阳的表面离它们的中心就比地球表面离地心更远。引力随着离大质量天体中心的距离而减小，这就减弱了大质量天体表面上的引力强度，因而半径增大会降低逃逸速度。”虚妄看着他们说道。“这就完了还有吗”李思特问道。“另一方面，质量增加将提高逃逸速度。假设密度大致均匀。则质量大致正比于天体的体积。但由于体积正比于半径的立方，所以总效果就是密度相同大小不等的天体的逃逸速度正比于半径。半径和质量两者的效果部分抵消后，月球表面的逃逸速度是24公里每秒，木星表面的逃逸速度是611公里每秒，太阳表面的逃逸速度是624公里每秒，只有光速的02。”虚妄说道。“然后呢”楚云问道。“你们要知道，由于表面逃逸速度正比于半径而增加，要使逃逸速度大于光速，你将需要一个密度与太阳相同但直径比太阳大500倍的天体，这是一个大小与太阳系相仿的黑洞。”虚妄说道。“但是，如果你能把一个原有的大质量天体挤压得更小，它的表面将更接近中心，即使质量保持不变，其逃逸速度也将增加。对于太阳，如果能把它压缩成半径仅仅29公里的球，其逃逸速度将超过光速，太阳也就成了黑洞。这个黑洞的半径不是太阳现在半径的1500，而是500的平方分之一，或0000004。”虚妄说道。“还有吗”四号问道。“”第六百三十八章 自由落体“我有问题要问。”李思特说道。“你想问什么”楚云问道。“自由落体。”李思特说道。“你可是学习人工智能的，我不相信你不知道，自由落体只在引力作用下运动的任何物体经受的失重状态。”楚云提醒他道。“我当然知道啊，我们在练习失重状态的时候，我就疑惑了，我想知道相关的东西。”李思特特别看着虚妄说道。“那我就告诉你吧，从地球上一座高楼掉下来的人并不是在自由下落，因为空气阻力也影响他的运动。但任何物体在沿轨道绕另一物体运动时，或在恒星之间的无动力轨道上运动时，都是处在自由下落状态。”虚妄说道。“为什么”李思特问道。“你们要知道，在一个绕地球运行的太空飞船中的宇航员也是失重，也是自由下落。严格地说，每个宇航员有其自身的轨道，太空飞船也有其自身的轨道，不过宇航员的轨道把他们维持在太空飞船内部罢了。”虚妄说道。“我记得有些书说这并不是真正的失重，因为宇航员仍然被地球引力拉扯着。”五号提醒道。“这些书错了，你们要知道引力的作用丝毫不差地被自由下落物体的加速度所抵消，轨道上的宇航员既是自由下落，也是处在真正的失重状态。但这种下落并不把他们带回到地面，因为下落的加速度和他们向前的运动相结合，将他们维持在封闭的轨道上。”虚妄说道。“好像，在一架沿精心设计的抛物线轨道飞行的飞机中也能感知短暂的失重，这种方法用于训练宇航员，也就是我们接受的训练，让我们品尝到了失重的滋味。”五号淡定地说道。“还有吗”李思特问道。“没有了。”虚妄说道。“我也没有了，你们还想问什么”五号问道。“我想知道宇宙中的星系形成和演化。”四号说道。“这和我们在太空部队服役有什么关系”楚云问道。“至少我们不是战争机器，要知道，我们需要长时间待在太空里面。”四号说道。“好吧，你有什么要问的。”楚云妥协了。“1990年代初叶的时候，天文学家关于星系形成和演化的观念发生了引人注目的变化。”虚妄说道。“我知道，这是由于研制了更完善的望远镜，使人们能够通过研究更暗、红移更大、因而代表着宇宙年轻时期的星系，来回顾更加遥远的过去。在取得这一突破之前，人们普遍认为，我们今天看到的全部星系，实质上都形成于大爆炸刚过后的同一时期，而且它们都随着宇宙年龄增加而各自独立演化。新观念则把宇宙描绘成变化的动态画面，其中星系互相竞争生存空间、彼此融合、或吞并其他星系。”五号说道。“但是总有差别对吗”四号问道。“其实，新旧观念之间最富戏剧性的差别是，椭圆星系过去一度认为是年老系统，现在则看成是在涉及旋涡星系和其他星系之间相互作用的过程中形成的相对新近产品。”五号说道。“为什么”楚云问道。“你们要知道，在天空照片上，旋涡星系比椭圆星系多得多，但最大的椭圆星系远远大于任何旋涡星系。”五号说道。“怎么说”李思特问道。“一个典型的旋涡星系，如我们的银河系，可能含有1000亿颗恒星，但最大椭圆星系拥有的恒星比这多100倍。不过也有许多矮椭圆星系，它们有些不会大过一个球状星团，包含恒星约100万颗。很多矮椭圆星系必定非常黯淡而无法看见，所以椭圆星系肯定大大超过我们已经看到的。”五号说道。“那为什么是新的发现”楚云问道。“天文学家过去认为椭圆星系年老，是因为它们的恒星主要是冷的红星，几乎不含尘埃和气体。既然冷红星是老年恒星，所以认为椭圆星系也是年老的。”五号说道。“但是你要知道，旋涡星系虽然含有很多热的年轻恒星，而且恒星形成过程仍在它们的气体尘埃云中继续，但确实也有不少老年恒星聚集在它们的中央核球和散布在围绕盘体的球状晕内。