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糜克定与朋友们一道讨论科学人生

 
 
 

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关于我

糜克定: 退休物理教师,原江苏省电教研究会理事、中国物理学会会员、连云港市电化教育馆馆长,曾编导、监制《中学教师语言修养与训练》等52小时电视教材在中国教育电视台卫星播出。撰稿与编导10小时的电视教材《小学数学新课导入》选为联合国儿童基金会远程教育项目教材。退休后,又有编制《小学科学助教助学》、《体育与健康》、《伟大祖国》等近260G的结构性网络资源及网络“超媒体”教材等成果。 自办公益网站:《糜克定》的科学园》 http://mkd.lyge.cn/

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潮汐使地球自转的速度变慢  

2007-09-27 14:23:17|  分类: 科普 |  标签: |举报 |字号 订阅

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作者:康德  

  康德(1724——1804),德国哲学家。生于东普鲁士哥尼斯堡。1740年入哥尼斯堡大学攻读哲学。1754年起在该大学任教,后取得教授职位并短期任过该大学校长和哲学院院长。曾选为柏林科学院。彼得堡科学院和意大利托斯卡那科学院院士。1770年以前在自然科学方面作出贡献,1755年发表《自然通史和天体论》,提出太阳系起源的星云假说。1770年以后重点从事批判哲学的创作,先后发表《纯粹理性批判》、《实践理性批判》、《判断力批判》,从而完成其哲学体系。

  皇家科学院关于今年竞选奖金的论文的评判,不久就要揭晓了。对于这一主题,我曾提出一些考察,并且由于我仅仅衡量了这一主题的物理方面,所以我只想简短地勾画出我关于这个问题的想法,在此以后,我察觉到这个主题,就其本性而论,单从物理方面,是不可能达到要获奖的论文所必须具有的那种完善程度的。

  科学院的问题如下:地球由于自转而发生昼夜的交替,地球的自转从起始的最初时间以来,是否经历过某些变化,这些变化的原因是什么,根据什么来确定这些变化。对于这个问题,可以从历史上去探究,最远的古代,为了防止一年的开始不致由于一年的一切其他时间而流动不定,不得不对于一年的长短和闰日,使用一些记忆的标志,把这些古代的记忆标志和我们今日所规定的一年相比较,就可以看出最古时期的一年比现在所包含的日数或小时,是更多了,还是更少了;假如是更多,那未,地球绕轴旋转的速度就变小了,假如是更少,那未,地球现在绕轴旋转的速度就一直在增加了。我在我的主题中,将不企图借助历史来获得知识。我觉得那些证件很模糊不清,它们所透露的消息对于今天有关的问题极不可靠,以致人们为了使它们与自然界的根据符合而设想出来的理论,大概都带有向壁虚构的意味。因此,我要直接从自然界着手,对于自然界的联系,要明白指出后果,能够说出起因,把注意力从历史转到正确方面来。

  地球以一种自由运动,围绕着它的轴不断旋转。这种自由运动,在地球形成之时,就同时加之于地球了;此后,假如没有阻碍或外在原因使这种运动变缓或加速,这种运动就会依然不变地,以同一的速度和方向,在全部无穷的时间中继续下去。我所要指出的是:确实存在着外在的原因,而且是这样一个外在的原因,它使地球的运动逐渐减弱,并且在不可计量的长时期中,甚至会消灭地球的转动。这个总有一天会到来的遭遇,是如此重要而可惊,尽管这个致命时刻的降临还被推得极其遥远,甚至地球能够住人的可能性以及人类的绵延也许还到不了这段时间的1/10,然而,即使仅仅这种命运的降临确凿无疑和自然界的不断接近这种命运,也值得成为惊叹和研究的对象了。

  假如天空充满了有某种程度的阻力的物质,那么,地球的每日转动就会在那些物质那里,遭到不断的阻碍,它的速度一定会由这种阻碍所消耗而终于耗尽。但是,天空却充满着阻力无穷小的物质,这种天空即使对轻飘的彗星气体物质,也容许它有一种自由的,不受阻碍的运动,在牛顿令人信服地这样指出以后,对于这种阻力也就不必担心了。除了这种无须多加猜测的阻碍而外,能够影响地球运动的外在原因,就只有月球与太阳的引力了;这种引力,因为它是自然界的普遍推动器,牛顿就根据它,以明白无疑的方式,道破了自然界的秘密,它在这里提供了可靠的根据,借这种根据,是可以提出确凿的验证的。

  假若地球完全是固体,它上面一点液体也没有,那未不论是太阳的引力或是月球的引力,都不能使它绕自己的轴而作的自由的旋转发生丝毫变化,因为这种引力对地球的东部和西部的作用是相同的,因而无论在那一面都不能引起丝毫的偏斜;所以,它一点也不妨碍地球继续自由地自转,就好像没有受到任何外面的影响一样。但是,假如一个行星的实体包含着可观的液体成分时,那未,月球和太阳的合引力,由于它使液体物质流动,便对地球受到震荡的那一部分施加压力。地球正是处于这种情况。海洋的水至少覆盖了地球表面的1/33,由于上述天体的吸引而不断运动,并且是向着与绕轴旋转正相反对的那一面在运动。值得考虑的是,这种原因是不是已引起旋转的某些变化。起主要作用的月球引力之所以使海洋的水不断汹涌,是因为这种引力对于不论是朝着月亮那一边流的水或背着月亮那一边流的水,都努力要使那些水流向正在月亮下面的那些点去,并使其升高;而且因为这些汹涌之点从早到晚都在不断移动,所以它们便以海洋的全部水量,对世界海洋传播一道朝正在月亮下面的区域去的奔流。航海者的经验,久已使这种普遍运动无可置疑,这种运动在海峡和海湾可以最明显地看出,在那里,由于海水必须流过狭窄的通道,它的速度便增加了。因为这道奔流直接反抗地球的自转,于是我们就看到这样一个原因,根据这原因,我们就满有把握地说,这种不息的作用是力图使地球的自转削弱和减小。

  诚然,假如把这种运动的迟缓和地球旋转的迅速,把水量的微小和地球的巨大,把水的轻和地的重等作比较的话,那未,这种运动的作用似乎是微不足道的。但是,另一方面,假如考虑到这种推动自古以来就延续不断,而且还要永久保持下去,即:地球旋转是一种自由运动,在这个运动中被抽掉的微小运动量,仍然是无补偿地丧失了,而另一方面,使其削弱的原因,又以同等的强度,仍然不断地在起作用,那未,把一个微小的作用,说成是毫无价值,而这个作用通过经常的积累却必定会终于耗尽最大的量,这对于一个哲学家来说,未免是不合适的偏见。

  于是我们可以约略估计海洋从早到晚与地球自转相反的经常运动的作用量;由于我们把海洋的广袤延伸直到两极,因为延伸时所缺少的水量,我们非洲顶端和亚洲东海岸的水量来补充还有余,所以我们只要算出世界海洋对清晨美洲大陆海岸的冲击。假设上述流向两极的海洋运动,在赤道上也正如与赤道平行的纬度圈的运动一样,每秒钟减1英尺;最后便可以假定遭受海水冲击的大陆平面的高度,依垂直深度估计,是100托斯(1托斯等于6法国旧尺),于是我们就会找出海洋由于运动而对与它相对的平面所施的压力,等于以下的水的重量,即这些水的底面是以前所说的从一极到另一极的整个平面,但高却只等于1/124英尺。这些水的体积有110万立方托斯,地球的大小则超过它1230亿倍;并且由于这些水的重量永远以相反方向对地球运动施加压力,所以很容易找出直到这种阻碍耗尽地球的全部运动为止,必须经过多少时间。如果假定涨潮的海洋速度直到终结,都是相等的,而地球土壤和水,其密度也相等,那未,上述情况的到来,就需要200万年。根据这一点,在不长的时期中,例如在2000年的时间中,因为上述减少还不很多,延缓多少总计如下,即:在这之后的一个年度一定要比以前少81/2小时,因为地球自转慢了那么多。

  然而,每日运动的减少还要受到很大的限制,因为:(1)地球全部实体的密度,并不像这里所假定的那样,等于水的比重;(2)涨潮的海洋在开阔辽远的海面上,速度的减小,似乎不等于每秒钟1英尺;但是另一方面,这种不足之处,却由以下情况补偿而有余,因为:(1)地球的力,在这里作为以赤道上一点的速度而向前飞驰的运动来计算,只是一种自转;在一个自身旋转的球体表面上所施加的阻碍,具有超出上面所说之点的好处,象杠杆由于离开中心点的距离所具有的好处那样;将上面两种原因合并考虑,由于海水高涨而使地球旋转的减少,便增加了3/2;(2)但最主要的,是:流动的海洋的这种作用并不专对高出海底的突兀不平之处,如大陆、岛屿、峭壁等,而且也对整个海底施展,在海底每一点的作用,其结果诚然要比以前计算垂直高涨时无比微小,但另一方面,由于作用表现范围的庞大(这个范围,比前面所说的平面,超过1/38×100万倍),也就一定以惊人的富裕得到补偿。

  根据以上所说,可以不再怀疑世界海洋从晚到早的不断运动既然是一种真实而重要的力量,也就总会使地球的自转有某种减少,其后果一定会在长时间中无可避免地显现。为了支持这种假设,本来应该适当地引用一些历史证据,但是我不得不承认对于这样大体可以推测到的事件,我并未遇到任何迹象,因此我将尽可能弥补这种缺憾的功绩,让与其他的人。

  假如地球以固定不变的步伐,接近它的旋转的停止,那未,这种变化时期就将完结;这时候,地球的表面和月球处于相对静止中,即它开始以和月球地球旋转的周期相同的周期绕自己的轴旋转,因而地球总是以同一面向着月球。对于地球说来,这种状况是由于液态物质的运动而起,这种液态物质覆盖了地球表面的一部分,只是并不深。假如这种物质一直到地球中心都完全是液态的,那未,月球的引力就会在很短的时间内,使地球的绕轴运动一直到成为这测算得出来的陈迹。这种情况向我们一下子表明了,月球在绕地球运行中,不得不永远以同一面对于地球转的原因。不是月球向着地球转的那些部分比背着地球的部分更多重要,而是月球绕自己的轴的真正等速的旋转,与它绕地球运行,恰好用同一时间,使得月球永远继续以同一半面向地球。由此可以得出可靠的结论:当月球最初形成时,它的实体还是液态,那时这颗卫星大约曾有过更大速度的绕轴旋转,而地球对月球所施加的引力,就以前面所说的方式,使月球的转轴自转一直到成为这个测量得出来的陈迹。由此也可以看出,月球是一个较晚的天体,在地球的液体状态已经让位而达到固体状态以后,月球才成为地球的附加物;否则月球的引力在短时期内,就将使地球不可避免地屈服于月球从地球那里所遭到的同一命运。人们可以把后一种情况,看作是天体自然史的一个标本,自然界的最初状态,世间物体的产生及其系统关系的原因,都必须在这种样本中,用表现宇宙结构状况的那些标志来规定。就这种观察来说,地球历史所包含的很小的东西,也就是那种庞大的,或不如说是无限的东西,这种观察在那样辽阔范围内所得的理解,也和人们所努力描绘的有关今天我们的地球的观察,同样可靠。关于这一主题,我曾进行过一系列的观察,并将那些观察联结为一个体系,题为:宇宙形成学,或者说试图根据牛顿理论的物质运动普遍规律推演出宇宙结构的起源、天体的形成及它们运动的原因,此书不久即可问世。

                     (石雷 译)

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