在地球上，對(duì)于人類而言，有一種共同的直覺(jué)：萬(wàn)物都會(huì)往地上掉。比如：蘋(píng)果總會(huì)從樹(shù)上掉下來(lái)。既然如此，那地球?yàn)槭裁床粫?huì)向下掉呢？

1968年，阿波羅8號(hào)的宇航員曾經(jīng)在繞月軌道上給地球拍攝了一張了照片，在這張照片中，我們可以很明顯地看到地球是漂浮在太空中的。

類似的照片還有很多，比如：1990年，當(dāng)時(shí)距離地球64億公里的旅行者一號(hào)，朝著太陽(yáng)系中各個(gè)天體都拍了一張照片，最終繪制成了一張?zhí)?yáng)系的全家福。在張全家福中，我們都可以到，太陽(yáng)系內(nèi)的天體是漂浮在宇宙空間中的。

可是不知道你想過(guò)沒(méi)有，為什么在地球上萬(wàn)物都會(huì)往下掉，而在宇宙中的天體，包括地球在內(nèi)，它們都是漂浮在宇宙空間當(dāng)中？

要知道，地球可是有60億億噸，地球的質(zhì)量比全人類的重量加起來(lái)還要高好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，照理說(shuō)，它應(yīng)該也會(huì)下墜才是。

古希臘的學(xué)者們就曾經(jīng)思考過(guò)這個(gè)問(wèn)題，亞里士多德后來(lái)提出，地球上（月球下方）的萬(wàn)物都是由水火土氣構(gòu)成的，宇宙中（月球上方）的物質(zhì)都是由以太構(gòu)成的，由于構(gòu)成不同，宇宙中的物質(zhì)可以按照完美的圓周運(yùn)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，也就不存在下墜的事情。

現(xiàn)代看來(lái)，亞里士多德的想法可能是有點(diǎn)不切合實(shí)際了。那么關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，后來(lái)又是如何解決的呢？

牛頓力學(xué)與萬(wàn)有引力定律

古希臘曾經(jīng)以亞里士多德學(xué)說(shuō)發(fā)展得到了地心說(shuō)，到了文藝復(fù)興時(shí)期，哥白尼等人發(fā)展出了日心說(shuō)。但最終奠定天文學(xué)基礎(chǔ)的卻是伽利略、開(kāi)普勒和牛頓。尤其是牛頓，他提出了牛頓力學(xué)和萬(wàn)有引力定律，成功統(tǒng)一了地球上和宇宙中的物理學(xué)定律，并且成功地解釋了地球漂浮在宇宙空間中的問(wèn)題。

根據(jù)牛頓第一定律，力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，如果不受力或者合力為零，物體要么保持勻速直線運(yùn)動(dòng)，要么保持靜止。所以，我們可以得到一個(gè)結(jié)論：地球上的物體會(huì)下落，主要是因?yàn)槭艿搅肆Φ淖饔?，這個(gè)力就是萬(wàn)有引力和向心力的合力，我們也把這個(gè)合力稱為：重力。重力的方向剛好就是豎直向下的，所以“下落”中的“下”這個(gè)方向本質(zhì)上是重力的方向。

牛頓曾經(jīng)在他的著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中提到過(guò)一個(gè)著名的“思想實(shí)驗(yàn)”：牛頓大炮。

他假設(shè)有一個(gè)理想的大炮，可以打出理想的炮彈。那么，如果炮彈舉到一個(gè)高度后松手，就會(huì)自由落體。

如果讓大炮賦予炮彈一定的初速度，炮彈的軌跡就會(huì)是拋物線，最終落到地球面上。

由于地球是球體，地面在大尺度上是會(huì)向下彎曲的。如果讓大炮賦予炮彈恰好的初速度，使得炮彈下落的速率恰好和地球向下彎曲的程度一致，那炮彈就會(huì)繞著地球運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)落到地面上。

這顆炮彈也就成了地球的衛(wèi)星。此時(shí)炮彈的速度被我們稱為第一宇宙速度，這個(gè)速度大概是7.9千米/秒。

那我們?cè)賮?lái)看地球的動(dòng)力學(xué)情況。地球是受到了太陽(yáng)的引力，由于太陽(yáng)的質(zhì)量特別大，占據(jù)了整個(gè)太陽(yáng)系總質(zhì)量的99.86%，所以太陽(yáng)的引力非常大，地球的主要受力來(lái)自于太陽(yáng)。

而由于地球擁有一個(gè)初速度，所以地球可以繞著太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于太陽(yáng)的衛(wèi)星，地球與太陽(yáng)的關(guān)系和牛頓大炮中炮彈與地球的關(guān)系是一樣的。因此，地球沒(méi)有“向下墜”，首先是因?yàn)榈厍蚴艿降氖翘?yáng)的萬(wàn)有引力，其次它具有一個(gè)初速度，于是在萬(wàn)有引力作用下開(kāi)始繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)。如果地球的速度突然變?yōu)?，那地球就和其他的地球上的物體一樣，最終掉落到太陽(yáng)當(dāng)中。所以，對(duì)于地球來(lái)說(shuō)，地球的“下”是朝向太陽(yáng)的。

愛(ài)因斯坦與廣義相對(duì)論

牛頓力學(xué)在解釋天體運(yùn)行時(shí)非常的準(zhǔn)確，但是如果引力特別大時(shí)，萬(wàn)有引力定律的誤差就會(huì)比較大。后來(lái)，愛(ài)因斯坦彌補(bǔ)了這個(gè)缺陷，他提出了廣義相對(duì)論來(lái)解釋引力現(xiàn)象，并且這個(gè)理論如今成為了解釋引力現(xiàn)象的主流理論。

愛(ài)因斯坦認(rèn)為：并不存在引力，引力現(xiàn)象的本質(zhì)是時(shí)空的彎曲。我們拿地球和太陽(yáng)舉例子，地球可以繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，并不是因?yàn)樘?yáng)對(duì)地球施加了引力。而是因?yàn)樘?yáng)質(zhì)量足夠大，壓彎了周圍的時(shí)空，地球只是沿著地球的“測(cè)地線”在運(yùn)動(dòng)，這里的測(cè)地線類似于平面幾何中兩點(diǎn)之間的直線。

所以，地球是貼著時(shí)空的“地面”在跑，漂浮在太空中也就理所應(yīng)當(dāng)，這是符合的是牛頓第一定律，只是從三維空間的角度來(lái)看，地球是做圓周運(yùn)動(dòng)而已。