假如地球中空会怎么样?

真要在如此庞大的壳里生活,其场景恐怕会和网上谣传的大相径庭……

这是最荒唐的阴谋论之一:地壳南北极存在两个洞可以通往地球内部,里面和科学家主张的相反,是完全中空的。

在庞大地壳的内侧,混住着猛犸象、恐龙和百慕大三角的失踪者——并且,出于某种不甚明了的原因,这类理论总会有那么一两点瘆人的元素,在幕后操纵一切的亚特兰蒂斯的“高等人种”,或者一小撮从二战中逃脱的纳粹分子……在这中空的地球内,一个微型太阳位处地心。因此,地壳内部无论何时何地都是正午。

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“中空”地球

可这样的世界真正面貌是怎么样的呢?天真一点的可能会认为一旦到达中空地球的内侧,就会被脚下的物质所吸引,正如我们在真实的地球上被地心引力所吸引着一样。于是我们正常站着,头朝向中空地球的球心。

不幸的是,在这种姿势下,我们头顶还有另一大块物质——地球另一边的地壳——也吸引着我们!这引力有多大呢?

有一条大家可能从未听说过的物理定理叫 “壳层定理”。依照牛顿推演出的这一定理,对跖点(球面上任一点与球心的连线会交球面于另一点,亦即位于球体直径两端的点,这两点互称为对跖点)的物质和我们脚下的物质对我们的引力大小相同方向相反。结果就是两个引力相互抵消,我们不受任何一方影响!

猛犸象飘在空中?

或许这很令人吃惊,但是“ 1/r2”是所有力共有的性质,意思是说力的大小与距离(r)的平方成反比,比如电磁力或万有引力。换句话说,如果两物的间距 r 翻倍,相互作用力大小就要除以 22=4。这条物理定律不可避免地导致中空星球内的万有引力被完全抵消。

天文学家埃德蒙多·哈雷(牛顿的好友,哈雷彗星即以其命名)于 1692 年提出了地球空洞说。在一些为此痴狂者的眼中,仿佛很多源自古老文明的关于地下世界的传说都随之得到了肯定。比如古希腊人认为那里是地狱所在。

不知道亚特兰蒂斯人像宇航员一样飘在空中生活是否自得其乐,但几乎可以确信,猛犸象应当是不乐意的……同理,内部的太阳也会四处游荡,没道理乖乖待在中央。话说回来,若然这些“世界之主”喜欢生活在游荡的火球下,甘愿冒着随时遭遇大火燎原的风险,那就是他们自己的问题咯!

钟楼屹立在一个山洞内,根据各种神话,这个位于爱尔兰的洞穴是地球内炼狱的入口。

相信许多人听到过,一艘自转的宇宙飞船会因离心力产生一种“人造重力”,就像甩动细绳时,绳末的石块受到一个向外拉的力一样。鉴于地球 24 h 自转一周,就此推测这对那些球内居民可能同样适用倒也顺理成章 :他们应该会受自转影响“贴”在地壳内侧。斜坡上的生活话倒是没错,但你们会发现这也没什么舒适性可言。

首先,我们在地表受到的真正引力方向指向地心,因此处处和地面垂直,与之相反,离心力则使物体远离旋转轴。结果就是,人造重力的垂线仅在赤道附近与地面垂直。其他地方垂线相对于地面都是倾斜的。

具体来说这意味着人们会感觉身处斜坡:在北纬约 45°下方生活就像常年踏足在倾角约 45°的坡地上……至北极附近,这条垂线几乎和地面平行。

那儿的居民,如果你们想象得出的话,就仿佛走在垂直的墙壁上!更糟的是,因为离心力大小和圆周运动半径长短成正比,所以各处离心力大小都不一样。

即使在赤道附近离心力最大处,其大小也只有在地表受到真正引力的 1/288:一名普通的青少年在那儿体重读数可能只有 200 g(毕竟是一个地球大小的壳,24 h 自转一周)。稍微玩玩跳山羊之类的游戏就有可能酿成悲剧,将冒失的玩伴甩向“天空”——地球中央——别忘了,那儿遍布着太阳核聚变产生的可怕气团。

1·在中空球体的外侧走动时,人脚下的物质对人体具有吸引力,方向指向球心,和实心球体没有任何区别。2.在实心的地球上,引力吸引着所有的物体,方向指向球心。3.在中空的地球上,由于地球自转,离心力可以充当“人造重力”:因为离心力将物体向外拉,所以球内居民都贴在地壳内侧。

致命的理论

这还没完。我们知道地球的质量约为6×1024kg。若是地球真如知名天文学家爱德蒙· 哈雷所言是中空的,且地壳厚度为 800 km,那么地壳必定是由密度极大的物质组成的,每立方米大约14000 kg。所以既不是岩石(2000~3000 kg/m3),也 不 是 铁(7874 kg/m3),甚至也不是铅(11344 kg/m3)。

埃德蒙德哈雷的假设

唯一符合要求的物质就是锫,这种柔软的银白色金属密度恰好相符。不巧的是,锫具有极强的放射性,后果就是谁都无法幸存……读到这里,相信诸位都已明了,综前所述唯一能得出的结论就是地球是实心的。

可是我们就不能挥挥魔杖,造出一个更宜居的中空星球吗?好,咱们来试试。

神秘的恒星

首先,我们来关注一下内部太阳的问题。“地球空洞说”中的微型太阳实际上是不可能存在的,因为一颗恒星需要达到一定的质量,其核心的气体才能被压缩和加热,直至引发核反应,恒星的能量也由此而来。其质量至少应有太阳的8%,其直径则应达到地球的10 倍左右:我们需要一个比预期大得多的外壳才能装得下!

地球中空理论:人类居住在内部,宇宙在中心

假设有一个半径为 1.7×106km 的中空星球,这样其内侧每平方米接受的太阳能才会达到当下地球的水平(温度不高不低,生活舒适宜人)。这颗星球自转一周需要将近 23 h,赤道地区的人造重力和地球引力相若。其表面积是地球的 7 万倍:需要在其中嵌入海洋、建造城市、广种农田,尤其不可忘了安装太阳能板!

因为居于中央的这颗矮星即便亮度仅为太阳的 1/8000,中空星球也会吸收其全部能量,地球则不同,仅仅截获了太阳向四面八方发散的辐射能的几十亿分之一,其余的都白白浪费了。因此,中空星球每时每刻接受的能量是我们地表目前水平的 10 亿倍!足以发展出璀璨文明了呢,不是吗?

球体世界

想法看起来很吸引人,1960 年,英国物理学家弗里曼·戴森推测外星文明可能已经建成了类似的球体定居。不过,他自己也指出,如果在这样的结构内部引力被抵消了,那么其表面也不可能有引力。

多戴森环是戴森云的一个相对简单的结构。图中轨道半径为1天文单位,太阳能收集器的直径为1.0×107km(约25倍地月距离),环上收集器中心分隔3度均匀分布,环与环之间分隔15度均匀分布。图像观测点距离中心恒星约2.8天文单位。图按照比例绘制。

因此整体建筑都会被压向中央的恒星,力的大小是岩石能承受的 1 万倍(就我们刚刚想象的球体而言)。即使是结构如碳化钨或是钻石之类硬度登峰造极的物质也会化为齑粉 !

这就是为什么戴森设想的是一个由数十亿太阳能板和其他航天器组成的云状戴森球(或说戴森云),能够拦截光线并提供足够的宜居面积。这个结构的每一部分都稳稳围绕恒星转动,恒星则坐镇中央,而不是像在“中空的地球”里那样到处游荡。

图为戴森球的一种变体。这种大规模人造物会大幅度改变恒星的光谱。

近几年,天文学家因一颗名为 KIC 8462852 的恒星激动不已,其亮度变化与众不同,似乎有庞大的物体周期性地挡住了光线……就像有戴森云环绕该星。

可能性最高的原因就是在那一带有大量彗星迈着微醺的步伐乱窜。可是谁知道呢,在这浩瀚太空中没准就有外星人好端端地生活在中空的世界里!

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