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《自然規律的探索之旅》第2章 重力方向會變!
  雖然不能完全確定腳下的地面是個山丘,但可以完全確定的是,腳下的平原絕對不是個平面。但是,仔細想想又會覺得奇怪:既然它不是真的平,那麽為什麽我們一直覺得它是平的呢?以至於到現在還稱呼其為平原!

  回想一下在平原中行走時的感受,會發現兩點原因:1)我們看腳下的每一小塊區域都像一個平面;2)在平原上行走時,身體總垂直於平原,我們可以站得很穩而不怕有坡度,即,平原不光是平的,還是水平的。

  但是,立即發現平原是水平的這個感受和山丘假設是相矛盾的!因為當我們在山丘上走的時候,怎麽可能總是感到地面是水平的?你可能說在山丘的頂端是水平的,但是在越靠近山丘的邊緣部分應該越可以感到它是有坡度的!

  或許山丘的假設是錯誤的?那就再找一個既可以解釋地平線,又符合地面無坡度現象的假設。但是立即發現,除了平面,其他地形都是有坡度的!但平面又不可能解釋地平線現象!

  我們似乎陷入了一個死胡同!怎麽辦呢?

  有一種方法可以幫助我們逃離這個死胡同:就假設地面是個山丘,但是這個山丘隆起的幅度實在太小了,其坡度非常小,小到根本察覺不到,從而造成了平原的假象。因此,身處的平原實際上可能並非名副其實的平原,並且可以推測,如果存在一個名副其實的平原,那麽我們必定可以一眼望到頭,而不受它的地形的阻礙!

  直到我們看到了一個名副其實的平原,並被處以當頭一棒——海面!

  海面必定是水平的,這是毋庸置疑的。但是,達了海邊才震驚地發現——海面上還是有地平線!不對,是海平線!

  不可能,海面一定是平的!按理說,我們一定可以把整個海面盡收眼底的!既然事實不是這樣,那麽前面的海平線就真的是天蓋在了海面上形成的!如果朝著這條海平線前進,一定會越來越接近海平線,說不定還能摸到天呢!

  於是,我們借來一條船奮力地向著海平線進發,卻仿佛被重演的歷史捉弄了:不管我們怎麽往前進,都無法靠近海平線!並且實在覺得無望想回去的時候,已經無法看到出發時的海岸了!取而代之的是一條一模一樣的海平線!驚恐地環顧四周,發現我們已經被海平線包圍了!

  現在,一切都變得非常矛盾、非常混亂了!其中必定有某個環節出現了問題,我們一定要把它揪出來!

  我們再來仔細地思考一下。如果海面是個平面,那麽無論如何,海面都可以被盡收眼底,所以海面一定不是個平面。而對此合理的猜測是:海面應該是上凸形的。另外,我們在海面上行駛的時候觀察到,海面的確總是水平的,即海面上的重力方向(等價於人站立的方向、石子懸掛或靜止下落的方向等)垂直於海面。由上凸地形和重力垂直於海面,我們可以畫出示意圖,在示意圖中我們立馬看出一個顛覆常識的現象:隨著地區的變化,重力的方向變得不再平行了!

  回想一下,我們之所以認為無坡度和上凸地形是矛盾的,就是因為默認了重力方向總是平行的,從而無法使得所有地區的重力方向垂直於該地區。但是現在,如果我們假設重力方向隨著地區變化而不再平行,那麽便不存在矛盾了!

  一切邏輯在這個新假設下變得十分協調,但是我們忍不住會感到難以接受——這也太違反常識了吧!

  不過,這真的違反常識嗎?還是先分析一下這樣的常識是怎麽來的。

首先,正如在日常生活中所看到的,如果兩個人站著,那麽他們直立的方向總是平行的。同樣的,當我們在兩個地方同時懸掛起石子時,總是看到它們的懸線是平行的。這樣的事情在生活中見得太多了, 以至於頭腦中形成這樣一種慣性思維:重力的方向總是相互平行的。但是如果仔細分析一下這些現象發生的條件就會發現,它們總是在相當近的距離下發生的,且我們僅僅是憑借感覺進行判定而並未進行定量測量。因此存在一種可能性:或許兩個不同地點的重力方向總是不平行的,且這個不平行的程度是隨著距離的增加而緩慢增加。  上面隻進行了可能性的分析,指出這樣的假設並不真正違反常識。但這樣的假設究竟是對是錯呢?要設計實驗來實實在在地檢驗。

  接下來對兩地重力方向是否平行進行檢驗。我們可以在A地用一根短繩靜止地懸掛一顆小石子,那麽這根短繩所指的方向就是A地所受重力方向;再在一個相對較遠的B地用一根短繩靜止地懸掛一顆小石子,那麽這根短繩所指的方向就是B地所受重力的方向。現在,檢驗這兩個地點的重力是否平行就相當於檢驗這兩根短繩是否平行了。

  該怎麽檢驗呢?可以找一根十分長的繩子,將這根長繩的一端連接在A地短繩頂端,另一端連接在B地短繩底端,用力拉緊長繩,然後量一量長繩與兩個短繩形成的內錯角,若相等則平行,若不相等則不平行。

  而當我們在平原、海面和森林上都進行這樣的實驗時發現,隨著距離的增加,兩個內錯角確實越來越趨於不同,且內錯角隨著距離趨於不同的速度與地面究竟是平原還是海面還是森林並沒有關系,這說明重力方向真的隨著距離的增加而發生改變,且這是與地形無關的一個性質!
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