【腦洞系列】假如有個人站在地球的北極點上,他會感覺到自己是在原地旋轉嗎?

薛定諤的貓 2021/04/06 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知識不會,衹是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城團隊

 

在幾百年前,人們都認為地球是靜止的,天上所有的日月星辰都在圍繞著地球運轉。時至今日,這種理論早已被證實是錯誤的了,如今的我們都知道,地球只是宇宙中一個普通的行星,它一直在圍繞著太陽這顆同樣普通的恒星公轉,與此同時,地球本身也在自轉,而我們所感知的白天和黑夜也是因此而來。

由於地球是一個球體,它有規律的自轉就會存在著一根被稱為「地球自轉軸」的軸線,人們根據這一現象,將地球自轉軸與地面交匯的兩個點,稱為地球的「極點」,其中北半球的極點被稱為「北極點」,相應的另一個極點被稱為「南極點」。

知道了這些情況之後,一個有趣的問題就來了,那就是假如有個人站在地球的北極點上,他會感覺到自己是在原地旋轉嗎?

要搞清楚這個問題,我們需要先來看看人類是怎麼判斷自己是否在原地旋轉的。人類對自身運動狀態的感知主要來自兩個系統,一個是視覺系統,另一個是前庭系統。其中視覺系統的資訊主要來自于直觀的參照物,而前庭系統的資訊則來自對空間力場的感知。

在地球上,當一個人處於勻速原地旋轉的狀態時,空間力場幾乎不會發生什麼變化,這就意味著人類的前庭系統基本上是無法判斷這種狀態的,因此可以說,人類判斷自己是否在原地旋轉,主要依靠的是視覺系統。我們先上一張圖。

假設有個人處於這個旋轉木馬的中心位置,當木馬開始旋轉時,這個人也開始同步原地旋轉。在這個時候,這個人可以通過對周邊參照物的觀察,很快地判斷出自己是處於原地旋轉的狀態。需要說明的是,圖中的大樹、路燈、月亮以及星空都可以被這個人用來當作參照物,而因為這個人與木馬是同步旋轉的,所以木馬是被排除在外的。

現在我們把旋轉木馬外的可以當作參照物的景物全部拿走,在這種情況下,假如這個旋轉木馬轉動得非常平穩,這個人的前庭系統就無法獲知有用的資訊,而視覺系統又找不到合適的參照物,那麼他就無法感覺到自己是在原地旋轉了。

同樣的道理,假如有個人站在地球的北極點上,他也只能通過視覺系統來感覺自己是否在原地旋轉。由於地球上所有的景物都是和這個人同步旋轉,因此他在地球上是找不到合適的參照物的,他必須把眼光投向頭頂上的日月星辰。

然而地球雖然是在旋轉,但它的旋轉週期是24個小時,也就是說,這個站在地球的北極點上的人,需要24小時才能完成原地旋轉一圈。因此,頭頂上的日月星辰雖然可以用來當作參照物,但是因為地球旋轉得是如此的緩慢,所以在較短的時間內,它們在天空中的位置變化是非常細微的,以至於人類的視覺系統根本察覺不到。

綜上所述,我們就可以得出一個結論,假如有個人站在地球的北極點上,他幾乎不會感覺到自己是在原地旋轉。為什麼要用「幾乎」一詞呢?其原因是,假如這個人非常的細心,觀察力也非常的敏銳,然後他利用一根很長的尺規來測量頭頂上日月星辰的位置變化,並一直很用心地注意這些變化過程,那麼在較長一段時間後,他就感覺得到自己在以極慢的速度原地旋轉。

他也可以在這裡用一些攝像設備,對著天空的同一個位置拍攝很長一段時間,然後再快速播放這段影像,從而「後知後覺」地知道自己是在原地旋轉。值得一提的是,以上操作最好是在北極點的夜間進行。

 

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