开始时,一片昏暗
接下来一声巨响
孕育出无限广阔的领域
时间,空间,物质
现在,超过了我们的想象
超过了存在的极限
我们把这地方叫做“宇宙”
这既是非常强大,也是很驯服的
人们想要脱离它的束缚
天啊！
这是多么惊人的感觉
创造了行星星球还有星系
引导了宇宙的运动
重力是我们的朋友也是我们的仇敌
没有它生命都会结束
地球会爆炸
这是一种神奇惊人的力量
宇宙规则-地心引力
宇宙 第二季 第十七集 地心引力 The Universe s02ep17 Gravity
重力是宇宙中最持久的力量
它是强大的无时无刻不存在
无论是平时还是极限的时刻
冲浪员需要坚持下来
当你驾驭风浪你会从前面摔下来
你将利用各种力量前进
这是加速的力量
引力是你的加速器
滑雪人利用它冲过高山
滑雪人需要获得足够的空气
这一切都需要它包括我们在内
无论是睡觉还是站着
地球的重力当然是让我们加速下降
每秒让我们以32英尺的速度下落
在一个主题公园重力像一种气体
人们尖叫着咆哮着
地球的引力将我们拉下来
这会让我们运动的非常快
无论是带着能量还是体积大的物体
粒子人星球行星和星系
都产生引力
力的普遍存在也是无限的
吸引力吸附驾驭弯曲塑造…
在宇宙中是非常重要的
它是无处不在的
它让距离很远的物体产生联系
什么都无法摆脱它的力量
是引力让太阳系保持在一起
吸引力…
让我们保持在星球上
不让我们飞起来
是宇宙的胶水将宇宙的一切 都粘贴在一起
如果你想象一下
将他们放在宇宙中
用测量器将它们分开
你会看到大约在一个小时内
这两个骰子会慢慢的靠在一起
引力让我们的世界
相互吸引
引力收缩
同样我们的地球通过引力 而吸引在一起
小的粒子小的物体
逐渐的形成越来越大的物体
当重力获得力量
大量的物质
这靠每种物质的力量
物体中每种物质
这是两种物质的比例
换句话说如果它越大
对另外一个物体的引力也就越大
但是这还没完
它的比例
还和它们的距离有关系
也就是说,如果你将两个物体 距离加大为双倍
引力或者排斥力只是 原本力气的一部分
引力的拉力直接作用在其中
在宇宙中不管有多大
比如整个星系
轨道是彼此环绕的
一些星系的轨道是围绕共同的物质
这是对它们最终力量的利用
这困扰科学家们有几个世纪了
这是17世纪吉利略想探寻的真理
他首先认识到有引力的存在
伽利略发现物体有不同的重力
以相同的速率落下
这是一个非常重的钢球
和一个同尺寸的乒乓球
如果我同时将它们扔下来
它们几乎是同时着地
因为它们下降的速率相同
这展示了伽利略对重力的深入发现
所有物体不管多重将同时着地
我们驾驭这样的快车“超人:逃脱”
在加州南部神奇的高山上
主题公园的舞台上
演示自由落体
将演示一个人…
和一个乒乓球从415英尺的空中下落
好我们走好了
哦上帝我的上帝啊
乘坐在上面的人被射向41层的大楼
以每小时100英里的速度
他们睁着眼睛重力 帮助他们看到一个英雄
上帝好了
我现在将丢下这个球
上帝在旋转
在旋转在旋转
那时候风将球吹走了
我们预想所有的物体 都一起下落不管多重
在一个多风天里结果并不理想
好吧 上帝
在最上面当向上的动作停止的时候
重力开始接管并开始自由落体
我要丢下这个球
它将飞走将飞走
哦它将飞走它将飞走
我现在要释放这个球
接着是幸福的时刻
主题公园激动的人们 感觉没有了重力
好像它们失重一样科学叫做零重力
漂浮得真好漂浮得真好
我要丢下这个球
但是零重力只是幻想
实际上重力驾驭着这次航行
这一力量操纵汽车人还有网球
它们的重量不同 回到地球的速率是相同的
这真是神奇之旅
我是说感觉下落真的太神奇了
但是最神奇的是丢下球
看着它在眼前漂浮
现在它在下降我知道它在下降
但是我用同样的速率下降
不管它有多重
在重力作用下下落速率完全一样
感谢这样的实验
我们现在知道所有物体同时下落
但是我如何将大炮发射出去？
当英国著名的物理学家牛顿
看到苹果落下的时候 有人说砸到他的头了
改变了整个世界
苹果从树上落下来
他向上看看到月亮围绕地球旋转
他判断苹果不只落向地球
月亮也一样
但是月亮真的能落下来吗？
装上！
考虑到大炮还有发射的轨道
牛顿揭开了一个宇宙的秘密
这就是他1687年的著名数学原理
艾萨克.牛顿有一张著名的画
上面他画了一个星球和一个高山
炮弹首先铲平了高山
落下一点点
速度再大会更远一点
如果你可以随意增加力量
可以达到50英里 可以达到100英里才落下
很多火炮都是直角射击
加农大炮可以越来越快
但是不可逃免的重力…
将加农炮拉会地球
地球是圆的不是平的牛顿意识到
如果加农炮以足够的速度开火
炮弹可以进入轨道
为了实现这一点牛顿决定
球需要用加农炮打出来
以17500每小时的速度
它开始在地球周围旋转
他想到一定有一个速度
让它完全环绕地球
然后从后面打到你的脑袋上
而不会落到地面
如果你躲过去它会继续前进…
持续下去有一个轨道
但是为什么月亮不落到地球上？
月亮同样也在倾斜的运动
对于所有落下的东西
同样从这个方向落下
所有这些是围绕地球的一个轨道
牛顿同样意识到地球 是一个巨大的自由的球体围绕太阳转
我们的重力围绕这一路径 我们的星球围绕太阳
就像是无限的宇宙旋转运动
牛顿破解了重力密码
物理学家依然用他的定理 解决各种问题
有一些比其它的奇怪
比如有一个人要穿过隧道会怎样
从星球的一端到达另一端
在这样一个疯狂的计划里
你会画一条直线隧道
刚好通过地球利用重力让旅行者穿过
一直到达所谓的重力特快车上
如果你有这样的隧道
你跳到上面
最开始地球的拉力
你向地球核心下落
是加速下去的
但是当你通过地球的核心之后
开始向相反的方向
地球引力想拉你回来
我这让你减速
重力实际有车闸的效果
不用担心从洞口摔下去
以极大的速度进入地球的另外一面
将你射入空间
实际上你刚好到达地球
你可以得到很好的休息
在四十二分钟里你会到达那里
这必须是一条笔直的隧道
重力需要四十二分钟让你到达那里
从洛杉矶到巴黎的航行42分钟
如果你想从洛杉矶到东京
42分钟
不管你从地球上哪里出发
这个旅行总是42分钟
用牛顿的数学原理解释
如果我们将洛杉矶跟纽约连到一起
挖一条隧道很显然
隧道不是直接下去的
需要有一个角度
这个角度减缓了下降的速度
但是距离也变短了
如果你能计算出这个方程式
有两个效果没有了
你到达那里还是四十二分钟
不管你走哪条路都需要四十二分钟
真的太酷了
牛顿想到重力的作用
但是伟大的爱因斯坦却想到了
为什么会计算成功
爱因斯坦知道重力是由 巨大的物体引起的
就像行星和星球让空间发生了弯曲
就像巨大的橡胶板
空间弧线上有很多物质在里面
实际上爱因斯坦提出行星相互围绕
它们的轨道都是因为空间弧线造成的
他说轨道是什么
实际上就是某物体运行的直线
当某物体自由向另外一个物体运动
在空间真的是直线
但是在靠近的过程里路线弯曲
但是空间本身将弧线直过来
这一革命性的发现 是爱因斯坦在1910年提出的
他认识到星球的轨道在 可观察到的宇宙里
就像牛顿数学中预测的一样
除了一个:水星
它的轨道特别不稳定
爱因斯坦用时间可空间描述了重力
水星的轨道刚好计算出
水星在平坦的空间里运行 但是将太阳周围空间造成弯曲
轨道很完美
这一空间弧线演示了我们的太阳系
地球只是沿着一条直线
两点之间最短的距离
在这个清晰的弧形空间里
爱因斯坦不只决定大量的弯曲空间
时间也在弯曲
因此爱因斯坦宣布
科学家不应该孤立的看待时间和空间
而是将空间看成一个整体
开始听起来并不是很顺耳
但是当你停下来想想 确实是很很明显的
如果我跟什么人约会的话
我不会说我们三点见面
这样的信息是不充分的
还需要有接下来的问题
是什么问题？
哪里？
如果我说“在203房间见面”
什么时候？
不管什么时候你进入到别人的生活里
你是在某个时间 某个地点里这样做的
爱因斯坦意识到空间是弧形的
这是时间和空间的交互作用
这是对重力的明显定义
航天飞机“发现号”的起飞
揭开了重力的秘密
让人类有能力脱离地球的引力
对宇宙进行探索
但是我未来的宇航员 如何才能到火星上
在零重力下活过来
重力是我们的朋友
也是我们的敌人
正是这一可怕的力量推动滑雪人…
和滑雪板落入山崖
将他们射入空中
有了足够的冲力运动中的滑雪人
可以感受到飞驰的时刻
就好象没有地球吸引一样
当你跳跃的时候 实际上失去重力…
没有重力的时刻
是由大脑以某一速度运行感受到的
这样滑雪板在空中尽情的飞舞
上面的人可以感受到一秒 甚至几秒的失重状态
但是最后重力恢复
高度飞翔自由落下的滑雪板
就像从大炮中打出的炮弹一样
最终落回到地面上
这一自由飞行的滑雪板
当他或者她跳跃的时候
创造的轨迹和自由落体的一样
当大炮划过天空
轨道是由…
重力强度和速度决定的
当然落下来会 发生什么是另外一回事了
但是如果滑雪板…
达到一个更高的速度呢？
如果它想克服重力
让他自己脱离这个星球
你想永远离开地球？
地球有我们称作逃逸速度
如果你达到了这一神奇的速度
你将永远离开地球永远不回来
逃逸速度任何物体 都需要达到的最小速度
为了从地球逃走
每秒要达到7英里
也就是每小时达到25000英里
理论上甚至一个雪橇板
如果在正确的方向有足够的冲力
就像火箭起飞一样
逃离地球的重力 对滑雪板来说或许不现实
但是已经有可能将人 和物体发射到轨道中
你可以离开这个系统
只要有足够的能量
我们已经有足够的能量和科技
知道和到月球上航行
我们的希望是继续到火星上
到达火星还有别的…
人类需要控制重力作用
就像我们一直做的 当我们寻找某种极限
重力给我们两种能量
强力
动力
有这样的潜在可能
存储能量
如果动力是被约束的潜在能量
这一神奇的力量在 过山车上也可以实现
当你爬过一个高度 你的势能在增加
你实际上拥有更大的能量
在过山车的最上面势能大于最下面
不只是奇怪吸引人的东西
实际上在上面能处理更大的力量
转化成速度转化成动能
当你从上面下来的时候
很快将重力势能转化会动能
当冲浪者到达浪尖的时候
他们用能量控制这一动作
航空公司同样利用这一能量转化原理
给他们的发射任务增加速度
当宇宙飞船在近轨道航行的时候
它的动能在增加势能在减少
就像是过山车一样
飞行器得到冲下去的效果
前进的时候势能在增加
当航行者号宇宙飞船 1979年登访木星的时候
它飞过木星木星吸引它
给它带来很大的作用效果
不只是改变了运动方向
不只是向那里飞去
而且速度加快
知道如何利用重力势能
将使人类在宇宙中行驶得更远更快
有了物理和科技的帮助
准备地球之外的一段航行
然后是另外一个航行准备
在地球之外的遥远地方引力…
比如在通往火星的航行中
未来的宇航员需要学会工作生活在…
这个环境没有地球的引力的环境里
他们可以明显感觉到失重
所有物体都同样自由移动动
体验这种有趣方式
宇航员在太空中旅行
模拟失重状态
我真的很盼望
这将是神奇的经历
坐上终结者号
特别是模拟波音 727航天飞机失重状态
航空学家艾利克斯.菲力浦克 将开始他的旅行
这就像是球飞入空中
没有重力感就像在自由落体一样
我漂浮着就像是没有力量约束我
零重力飞行在24000和32000英尺之间
这和普通商业飞机一样在同一海拔
但是这是相似的结局
接下来用水？
接下来是像一系列的高山
在平流层中
就像是超人:航行
超零重力汇集潜在的能量
当它升到45度的时候
乘客感觉到这增加了重量
哦是的
重量是以G力来测量的
1G是我们感受到的重力
站在地球表面
我要落回去并且做好准备
当飞机稳定爬升的时候加速向上
重力在攀升人们感觉到很重
好吧
飞机将我们加速爬升
最大速度是1.8G
坐飞机到达并安全降落于弧之顶点时
这飞机和里面的人
实际上都没有下降的感觉
失重来了
噢伙计这是一种无法描述的感觉
啊呀
噢我在一个自由的空间里了
浮动着只是在浮动着
这是宇航员的体验
这飞机的弹道系统导致了反复的失重
由于飞在一系列的弧形物上
就算他们是在一架飞机的机舱里
失重中的乘客向着地面 掉下去就像跳伞运动员一样
但是是什么造成了这种失重感呢
这要说回伽利略
他解释了所有的物体 都以相同的速度在下落
因此当飞机和里面的人 自由地向地球下落
他们维持在相互联系的位置上
而这是为何他们感到无有重量
这种感觉持续了25秒
困厄为在25秒内 我们都实际上处在自由下落中
这就像超人在空中飞一样
噢我不能相信它带来的感觉
当喷射引擎重新启动 并让自由下落状态结束时
乘客们感到了重量的恢复
如爱因斯坦说的失重只是一种幻觉
这真棒太了不起了
这种失重的飞机利用到了
一些爱因斯坦在1916年
在他的相对论里计算出来的一些东西
就是这种加速度实际上 是与重力一样的
当你在一支火箭里或是 失重飞机里向上升时
你体验到的地球重力
是与你在被如一架飞机般的巨物的重力
向下拉的感觉一样的
因此重力和加速度造成了一样的感觉
那是乘客们在一次失重飞行中的感受
能有着宇航员的感受
并能体验到失重的快乐
我和球感到了自由的下落
跟据在曲线空间里的自然通道
这是爱因斯坦的学说所说的
我们都跟随着此路
噢是的这是难以置信的
在20分钟15秒的一次飞行中
我们都经历了害怕和快乐
来更深地嘲弄重力规律
看那个看那水
噢看着我要去取一些的水
好的我们开始了
这种抛物线飞行
除了款待周未战斗者
也有一种不详的称为喷发彗星
有着一种实际的目的
他们准备了国家航空 和宇宙航行局的宇航员来
在太空失重环境中工作和生活
随着这些抛物线式的飞行
人类已学到了如何去模拟无重力
可是在实验室中不也是 有可能创造出重力吗
这些实验会导致 对火星的一次成功的探索
这是在我们的将来
在21世纪的开端战胜了重力
并摆脱了地球的拉力已达到了
下一步是去设计和 造出能让人类去旅行
工作的技术而我已
上到了奇异的外星球上了
而我们已收集到了足够的工程知识
来在我们前往月球的旅行中使用
感谢技术的发展
人类已处于一个探索 太空的新时期的边缘
前往火星的旅行已在 麻省理工学院的实验室里开始了
人造重力可能是我们克服
失重带来的痛苦的方法之一
自从太空年代到来
科学家们已考虑到来把失重带来的
对生命的威胁和
破坏效果减少
这种事情原本是与人类的存活相关的
我们甚至不知道在阿波罗时代时
人们是如何对来留在太空几个小时
作出反应的
这里有着对关于人类 如何来控制一部在失重状态
下的一部车辆的各种各样的关心
这已是很长的时间了
前往火星的任务将要求宇航员
处在没有地球重力的状态下至少2到3年
人类的框架没有设计出
没有地心引力的状态
我们身体的构造是设计 用于在重力状态下
承受我们的重量的
重力决定了我们的心血管系统 如何来反应
因此当你起床时
你从仰卧到直立
这里有着保持血压的调整系统
对于重力作出反应
对于在长时间处于 无重力状态下的经验告诉我们
这会导致骨骼流失和肌肉衰退
和对生命带来威胁的血栓
在国家航空和宇宙航行局 和麻省理工学院的航空工程师
正在测试一种个人式的离心式系统
可以减轻真正的危险
它们保护了心脏骨骼和肌肉
而就算是在早期的实验中 我们有理由相信
人造重力与短半径的离心机
可是我们正在寻找的
来保护正在前往火星的 远行的人们的解药
就如在一个主题公园里的骑马
在一个人造的重力旋转物体上
来防止在骑马时带来的移动动性晕厥
宇航员是习惯于来固定他们的头
在一分钟内让一个人转动30次
这种离心机告知了一种
把在地球上的人拉倒的相同的力
科学家们希望前往 火星会变成现实
在船上他们相信这 应是一种个人的离心机
来充满他们的地心引力 21世纪的宇航员
只要每天这机器上花一小时
我们每天都经历着它
而且快速的旋转起来
我称作健身房的旋转
你去健身房锻炼
你得到G韵律你的重力韵律
当火星之旅还是数十年之后的事情
天体物理学家和季节性的
能够想象火星重力下的空气
在表面那里是地球重力的3/8
每个人都想得到一点空气
每个人都需要一点
只要想想我们在火星上
在地球上重100磅的人
在火星上感觉到重38磅
虽然一个火星滑雪者能够 往奥林匹斯山飞下
以在地球上面的速度的1/3
较低的重力同样意味着他们会
三倍的空气
说到重力质量是关键
你有更多的质量就有更大的重力
当你想到在地球上有多重
比较一些比地球更多质量的东西 这非常直接
如果有些东西是地球质量的两倍
你就会重两倍
太阳系的大魔法师是木星
在它上面一个100磅的人
会重达254磅
即使木星有固体表面
一个滑雪者会挣扎着呼吸更多空气
我们已经知道的关于重力 还有它怎么作用
还有怎么实际利用它
或者理论上甚至挽救地球
于它的终极灾难之命
这就是重力怎么挽救我们
慢慢地在大概50亿年之后
我们的太阳会增亮变成一个红巨星
辉煌的烧尽消亡
通过我们太阳系的东西会被吞噬
地球的引力和大气会被根本的改变
这样的话蓝色星球上的生命将灭绝
但是天体物理学家格瑞格.拉夫提出
利用引力挽救地球
我们现在的这个环境
非常类似于
金星上面的环境
压倒性的二氧化碳大气
温度足以融化放电涂层
但是最糟糕的情况发生也可放心
重力科学可以挽救地球母亲
我们一个可行的长远事情是
从某种程度上改变地球的轨道
远离太阳一点
那里温度不太高
我们有个方法可以做到 如果你有足够的时间
如果你有上十亿的时间
利用彗星或者小行星
这个巨大的移动动需要宇航员和工程师
上到飞船去调谴小行星或者彗星
到地球的前面去
为了达到最有效
彗星必须飞的离地球很靠近
在地球的轨道以内
然后在宇宙的不稳定性下
潜在的和运动的能量被唤醒 剩下的就是重力的事情了
如果可行彗星拉动地球往前
地球拉动彗星往后
最终的结果是地球被加速
加速上升到一个稍微高的轨道
离太阳稍微远一点
如果你做了一次这样的调整
每隔一万年左右进行一次
那么地球经过多年的运转
能够在足够快的远处运转
跟不断增亮的太阳保持平衡
万一专家们计算错误
这个大动作没有成功 所有努力付诸东流
把这个弄糟了那么就会碰撞
在彗星跟地球之间
一个上百公里大的东西冲进地球
完全是一个不寻常的灾难
这会引起巨大的灭绝
大量的物种死亡
当然这只是一个极端的情节
但是可以肯定的是
我们今天存在于地球
只是重力的一个暂时的事件
这是生命的理想情况
还有快乐的追求
一个重力产生了冲浪者的梦想 一个完美的浪头
但是地球上的水
不仅仅是重力产生了动荡
宇宙间有巨大的冲击波流动
重力下的潮汐流振荡于宇宙间
根据爱因斯坦
这种重力冲击波流动于宇宙间
但是它们是什么
重力的任何变动
都会往宇宙发出冲击
然后以光速行进
形成重力波
为什么会发生呢
如果有两个物体两个致密的恒星
它们都弯曲着周围的空间
而且他们互相吸引
结果是这两个弯曲的区域
产生一种波一种结构的涟漪
通过宇宙向前扩散
携带着能量
这种叫做自传方块波
我是指你可以直接的思考空间和时间
拥有一种波就像海洋一样
在宇宙间游走
重力波也是一样
任何运动的质量无论大小
都会产生重力波
就像地球的潮汐
重力波无休止的游荡于宇宙
理论上一个宇宙冲浪者能够体验到
一种世界以外的冲击会弯曲
如果重力波在宇宙或某处产生
然后经过你会发生什么呢
你一会胖一会瘦
意思是空间被扰乱了
一个方向的空间让你变胖
而另外一个方向你被压扁了
这样来回变动
但是地球上的科学家要侦测 任何微弱的重力波
这种扰乱需要被传播
通过一个巨大的宇宙物体
黑洞和旋转的中子星能够做到
另外一个能够产生重力波的方式
是爆炸比如说一个超新星
一个恒星爆炸并且受到冲击
这实际上产生了重力波
获取轻微重力波的工具是LIGO
就是天文台重力波镭射干涉仪
有两种同样的陆基的LIGO实验室
一个在华盛顿的汉福德
另一个在2000多英里以外
在路易斯安那州的巴吞鲁日市
如果有重力波经过 两个实验室的结果非常关键
这是它的工作原理
干涉仪上面有超级抛光的反光镜
这是一个工具基本用于
比较两种光波测量
然后确认两者的不同
精确的激光来回发射
在两面校准的镜子之间
在通常的情形下随着光线上下跳动
那个21/2英里长的L型的真空管
两束镭射线基本上是同步的
这就意味两束光的效果互相抵消
没有光线逃到管道外面
但是当重力波经过的时候
空间会非常轻微的被拉伸或者挤压
结果镭射线会抛出相位
只有这样才会发出少量的光
一个小信号比人类头发直径还要小
一个中子的1/1000大小的信号 都会被记录
转换成声音或者光信号
能够被看见或者听到
科学家最大的愿望
是捕获宇宙间最大的事件
大爆炸
重力波可能是我们最好的方式
非常靠近的看宇宙的开始
大爆炸之后大概30万年
宇宙是如此的稠密 它实际上是不透明的
光线没有办法通过
如果光线通不过那什么可以呢
就是重力波
问题是现在需要找到
一个重力波
这明显是困难的
实际上当爱因斯坦预测它们 他以为是一个好想法
但是没有人能够侦测到它们
只有先进的技术给了我们机会
LIGO科学家像宇宙冲浪者
持之以恒的
踩踏它们的重力波前行
我们看到了原以为是重力波的作用
一种来自重力波的能量
但是我们没有直接侦测到
那是一个最后的边界
如果LIGO科学家的提问是成功的
并且他们捕获一个波这会改变科学
那么我认为那个会是第一个理解重力
然后甚至更有趣的理解宇宙
重力统治着我们的宇宙
它创造了并且能够毁掉宇宙恒星
行星还有人类
它控制我们的生命 我们的演绎还有我们的努力
这其中就是宇宙芭蕾舞
我们共同的未来 决定于优雅的和巨大的
宇宙强有力的统治者-重力
宇宙 第二季 第十七集 完