如果您将炮弹和羽毛从一架建造不良的塔上掉下来,哪个首先撞到地面?
不管我听到多少次问题,答案总是突然出现几毫秒。 这是为什么? 直觉。
我们凭直觉知道,如果我们一只手握住一个炮弹,另一只手握住一根羽毛,那么炮弹会感觉很重。 好像地球在炮弹上的拉力要大得多。 因此,如果地球在炮弹上拉得更大,它应该更快落下,不是吗?
我想,如果我们不需要呼吸氧气并在贫瘠的大气层上生长,我们的直觉将告诉我们,炮弹和羽毛将以相同的速度坠落,du。 但是,即使从画面中抽出气氛,感觉还是很沉重的炮弹也会像感觉到很轻的羽毛一样掉落,这仍然不是直觉。
在思考这个问题时,为什么我们的直觉如此错误?
我们的直觉是错误的,因为我们对物质(炮弹和羽毛)的观察不同于对重力的观察。 我们将炮弹和羽毛视为固体。 我们的感知告诉我们,一只手有一个炮弹单元,另一只手有一个羽毛单元。 这就是我们的直觉使我们误入歧途的地方。
让我们更改一下实验,同样建造不良的塔,但是现在我们有了两个相同的炮弹。 凭直觉,除非下降途中发生真正奇怪的事情,否则它们将以相同的速度下降。 如果当我们将炮弹放下时将炮弹真正拉紧在一起怎么办? 相同的速率。 如果炮弹落下时碰触会怎样? 相同的速率。
现在,如果我们将炮弹粘合在一起怎么办? 这个新的双炮弹突然掉下来更快吗? 我的直觉告诉我不,那会很奇怪,他们俩仍然以相同的速度跌落,du。 因此,如果我们一只手拿着这双炮弹,而另一只手拿着第三个炮弹,它们都以相同的速度掉落,对吗? 当然可以,为什么不呢?
如果我们将它们焊接在一起? 相同的速率。 如果我们将它们融化并制成一个大炮弹? 如果新的更大的炮弹突然掉落得比粘在一起的炮弹更快,那真是很奇怪和神奇。
如果我们将大炮弹切成两半然后分别丢掉两半怎么办? 相同的速率。 再将一半切成两半? 相同的速率。 继续切割,从大炮弹中制造出越来越小的钻头。 在什么时候您会开始看到这些小炮弹下降得更慢? 永远不会吧? 他们为什么会呢?
如果我们确实进行了此实验(或者如果我有动机制作精美的TED-Ed动画来进行说明),我们的直觉将非常好地遵循,并且我们会直观地理解,如果两个相同的事物以相同的速度下落,那么将它们粘在一起不会影响它们掉落的速度,然后再将它们分开也不会影响,再次将它们分开也不会影响,而将它们重新粘在一起也不会影响。
现在,我们开始理解我们(简单的人类)如何感知物质与重力,自然力如何感知物质之间的区别。
当我们以大块(一枚炮弹,一根羽毛)感知物质时,重力会看到单个原子,一次只能看到一个原子。 那些原子都以炮弹的形式粘在一起并不意味着重力。 重力甚至不一定会注意到那些原子都紧密地结合在一起。 重力不会在乎这些原子的一半是一只手,另一半是另一只手。 重力不会在乎您是否将炮弹磨成尘土,它只会一次看到一个原子并单独拉动那些原子。
凭直觉告诉我们,引力就像是附在炮弹上的绳子,将炮弹拉到地面上。 错了! 更好的视觉效果是描绘数十亿根弦,每根弦都附着在炮弹中的单个原子上,全部单独拉动,而不在乎其他弦在做什么或即使它们存在也是如此。 重力是作用于原子尺度而不是炮弹尺度的力。
为了使我们的直觉在思考羽毛炮弹时起作用,我们首先需要忽略气氛,因为这使问题变得棘手。 一旦我们忽略了大气层,就需要像重力一样看到问题。 重力一次看到一个问题。 它将以与下一个原子相同的力拉动该原子。
要看重力所见的情况,不要把炮弹或羽毛看成是比赛。 看到一堆原子,一些在这里和一些在原子上都是相同的(如重力所见),它们都在相同的大致附近。 只有两个大原子团散布在一起,每个原子团上都附有一根细绳,每根原子上都附有一个小的电动机。 数十亿个电动机将数十亿个弦拉到数十亿个原子上。 所有这些原子将同时移动。
但是,炮弹中的原子之一不比羽毛中的原子重吗? 聪明地听,让我们不要对此太疯狂。 现实是,原子是由甚至更小的粒子组成的。 引力线实际上是在拉动那些微小的粒子,因此您拥有的线比原子要多。 炮弹中铁原子中的细小颗粒比羽毛中碳原子中的细小颗粒要多,但是就像这些原子一样,引力并不关心它们是否彼此靠近或分离。 附着在每个细小的亚原子颗粒上的细绳的拉力相同。 现在,您将拥有数万亿个微小的字符串,而这些原子恰好彼此靠近,而数十亿个微小的字符串却恰好彼此靠近。
这是弦理论吗? 没有。
如果您真的想提高自己的看法,请再进行一次调整。 不要考虑使用微型马达拉动细小的弦。 认为重力是派出少量推动者将较小的亚原子颗粒推向更大的质量。 所有微小的推动器都以相同的力推动所有微小的亚原子粒子。 因此它们都以相同的速度运动,并且它们都在加速,因为推动器只是不断推动。
既然您正在想象一大堆亚原子粒子,它们都是由小推动者朝同一方向推动的,那么您可以更好地理解为什么炮弹比羽毛重。 一方面,您拥有约143万亿个亚原子粒子,其中约有143万亿个小推动器都在推动;另一方面,您只有约9万亿个亚原子粒子,其中约有9万亿个小推动器在推动。 阻止约143万亿个小推动者所需的力量比阻止约9万亿个小推动者所需的力量更大,对吗? 但是,当您放开它们时,最终会有152万亿个推动器,它们全部以相同的速度推动它们的小亚原子粒子,直到它们同时撞击地面。
这真的是重力的作用吗? 不。重力很奇怪,人类大多不了解重力的作用。 它涉及引力子,玻色子和许多数学。 但是本文不是要了解重力的工作原理,而是我们人类对宇宙的认识与对重力的认识有所不同。
知觉与直觉紧密相连。 你的知觉控制着你的直觉。 这会产生偏见,例如为什么月球人在落下炮弹和落下羽毛时会有更好的直觉。 如果您发现自己的直觉是错误的,则可能需要检查自己对情况的看法。 改善您的知觉,改善您的直觉,纠正您的偏见。
