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地球,你知道多少?

前兩天我膚淺地談了談宇宙以及探究宇宙的「萬里長城」之路。而今天要談的是我們賴以生存的地球。

自從人類有了主管意識以來,對一切周遭的事和物都非常好奇,並會想盡一切辦法,客服重重困難去研究它、了解它。

每一個事物認知的雛形階段,每一個偉大發現的背後,都會花費人類幾十年或幾個世紀才能搞清楚。比如地球的形狀、地球的大小、地球的物質等等。關於此,直到英國物理學家、數學家牛頓的出世,很多錯誤的判斷才得到科學的印證。

亞歷山大?蒲柏曾這樣說道:「大自然和大自然的法則藏匿於黑暗之中;上帝說,讓牛頓出世吧!於是世界一片光明。」

關於地球的形狀。現在我們知道地球是圓的,且兩端稍稍顯一點點扁平。可最初對地球的形狀人們僅僅是靠主管猜想,加之人們的活動範圍很有限,認為地球的形狀是參差不齊。

中國古代 「天圓如張蓋、地方如棋局」 的蓋天說,即天是一個半球狀的圓蓋,大地則象一塊四方的棋盤,並認為藍天與大海相連;古代俄羅斯認為地球是一塊大圓餅;古希臘和古羅馬則認為地球是一個巨大的盾牌……

不管那種說法,最終在牛頓《原理》(全稱:《自然哲學的數學原理》)的應用下,正確答案逐漸浮出水面。現在我們可以準確的知道地球平均半徑6371千米 ,最大周長約4萬千米,表面積約5.1億平方千米。

說道牛頓的《原理》,我們應該重溫一下它的核心——運動三大定律:一是物體朝著推力的方向運動;二是運動始終做直線運動,直到某種外力起了作用,才使之慢下來或改變運動方向;每個作用力都有大小相等的發作用力。

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關於地球的重量。對於物理學家來說應該說是地球的質量。質量和重量是兩個不同的概念。無論你去哪裡,質量是永遠不會變的,而重量就不同了,若你去到了外太空,比如說月球,你的重量就會變輕。

用科學的方法推測出地球的重量,首先得提及一位偉大的科學家亨利?卡爾迪許,是他發現或者說預見到了非常關鍵的、重要的、能改變我們生活的物理和化學諸多定律。譬如,我們熟悉的能量守恆定律(總能量保持不變)、歐姆定律(在同一電路中,通過某段導體的電流跟這段導體兩端的電壓成正比,跟這段導體的電阻成反比)、道爾頓的分壓定律(混合氣體中某組分氣體對器壁所施加的壓力叫做該組分氣體的分壓)等等。

只可惜他不知出於什麼原因考慮,沒有把這些偉大發現和預見公之於眾。若他第一時間把他的偉大發現通過論文公佈於眾,也許社會的進步會提高一節。值得慶幸的是卡爾迪許逝世後,他相當多的科學研究文稿被發現了,經過後來科學家的整理終於得以公佈於世。

我們還是把話題轉回地球的重量上來。在1797年約翰?米歇爾出於對科學的熱愛和敬意,在去世前把自己設計的幾箱實驗設備留給當時已經67歲的卡爾迪許。那年裡卡爾迪許把所有精力都投注到米歇爾的實驗設備。

這套設備由重物、砝碼、擺錘、軸以及扭轉鋼絲組成。儀器最關鍵的是懸在兩個小球兩側的的,重大150多千克的鉛球。儀器的實驗目的就是測算出大球給小球造成的引力偏差。

很顯然要找到引力常數關鍵就是實驗要精密。在測算中為了儀器不被外界微小因素所干擾,卡爾迪許選擇呆在設備旁邊的一間屋子裡,用望遠鏡瞄準一個孔來記錄、觀測。就這樣花費了他整整一年的時間測算出地球重量約600000億億噸,這個重量比現在較為準確的597250億億噸相差1%左右。

最後再來說說地球的物質構成,即地質學。地質學知識讓人們清楚的知道地球是由什麼構成的、地球物質裡面那些可以做什麼用,且那些又是稀缺資源,等等。這一切詹姆斯?赫頓開創了紀元,改變了我們對地球的認識。

赫頓出生在蘇格蘭一個殷實的家庭,個人愛好相當廣泛,從礦物學到玄學都喜歡。他用化學品搞實驗,調查開採煤礦和修築運河的方法,考察鹽礦,推測遺傳機制,收集化石,提出關於雨、空氣的組成和運動定律方面的理論等等。(節選《萬物簡史》第二部分)

赫頓感興趣的領域雖然多,但最喜歡鑽研的還是地質學。如,他花10年時間出版的《地球論》(兩卷)於1795年出版,但裡面的知識閱讀起來很難懂,在他去世5年後,即1802年,普萊費爾推出《關於赫頓地球論的說明》大大推廣和推動了赫頓地質學的有關理論研究。

地質學對很多朋友來說都是非常枯燥的一項職業,給人感覺就是拿著榔頭到處敲敲打打,整天和「石頭」打交道。赫頓去世不久,正因為有一群這樣「敲石頭」學者們前仆後繼的發現和研究才有今天深刻認識地球的原始基石。如查爾斯?萊爾,他出生在赫頓去世那年,他的著作《地質學原理》很多地方鞏固和闡述了赫頓先前提出的理論。

關於地球有關知識僅憑2000字內容要搞清楚顯然是不可能,當然我的目的也絕不是想把地球所有知識整理出來傳遞朋友們,其實我也沒有那個本事,事實我沒有那樣的知識儲備。與2月6日《浩瀚的宇宙》一樣,我想闡述的是我們現在認識的地球這個過程很不容易,我們應該學習科學家們的科學精神,那種持之以恆、嚴謹篤學的精神。同時珍惜我們所有擁有的,包括你的家庭、朋友、同事等等。

「皮之不存,毛將焉附」的道理我們都懂,但在現實生活中,我們能自控好自己不好的陋習嗎?顯然很難做到。故而,時不時了解一下先人的所作所為,學習一下他們的先進思想和精神,我想可以鞭策自己不忘初心,砥礪前行。

地球,我們賴以生存的地方,我們應該珍惜她!呵護好她!金山銀山不如綠水青山,那就遠離污染,珍惜生命!

2018.2.9成都(文中圖視資料來自網路引擎)。

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