趣味物理学
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10.儒勒·凡尔纳如何描写这种月球旅行

通过阅读凡尔纳创作的《从地球到月球》,我们很难忘记在旅行中,炮弹飞越地球和月球引力相等时的那一点的美妙时刻。此时发生的情景犹如带有童话色彩的故事。炮弹中的一切都失去了重量,旅行者只要轻轻一跳就会在空中悬浮。

尽管这段描写非常正确,不过作者忽视了飞越引力相等时的那一点的前后所能看到的情景。不难证明,炮弹滑膛而出的时候,车厢里的任何事物都处于失重的状态下。

这样的说法好像让人觉得不可思议,不过我确信你很快就会因为没有及时发现自己的错误而感到震惊。

让我们再举一个凡尔纳小说中的例子。乘客们把狗的尸体扔掉后惊奇地发现它没有向地球下落,而是和炮弹一起继续飞行。小说家准确地描述了这一现象,并且对它做出了科学的解释。我们都知道,在真空中,任何物体的下坠速度都是相等的,地球引力让所有物体获得了相同的加速度。在这样的情况下,炮弹和狗的尸体受到地球的引力影响,具备了相同的加速度,更确切地说,炮弹和狗的尸体在从炮筒里射出时获得了相同的速度,在重力的作用下又一同降低了速度。由此得知,炮弹和狗的尸体在途中每一个点的速度都是完全一致的。那么被扔出炮弹的狗的尸体肯定会紧紧地跟在炮弹的后面。

不过小说家忽视了一点:假如狗的尸体在炮弹外面不向地球下降,那么它在车厢里时为什么会向下降?要知道狗无论在炮弹内部还是外部,受到的作用力都是相同的。狗的尸体在炮弹里没有支点,它的速度等同于炮弹的飞行速度,所以它应该悬浮于空中。对于狗的尸体来说,炮弹是处于静止状态的。

这个道理适用于狗的尸体,也同样适用于乘客和炮弹内部的所有物体:他(它)们在行程中的任何一个点上都具有炮弹本身所具备的速度,所以,就算没有支撑点,他(它)们也不会坠落。如果将炮弹内部地板上的椅子反着放在天花板上,它也不会朝下面坠落,它会跟着天花板一起朝前方飞行。乘客可以四脚朝天坐在这把椅子上,无论坐到什么时候都不会有从天花板上掉下来的危险。要知道,掉下来就意味着椅子接近地板了,也就是说炮弹的飞行速度比乘客的速度(要不然椅子不会接近地板)快。不过这种可能是不存在的,因为炮弹内所有的物体都具有和炮弹相同的加速度。

小说家忽略了这一点。他认为飞行的炮弹只有受到重力的作用才会继续挤压它们的支撑点,仿佛炮弹静止了一样。儒勒·凡尔纳并未对此重视,假如物体和支撑点都受到重力的影响,在宇宙中以相同的加速度飞行,那么,它们就不会彼此压迫。

如此一来,从坐在车厢里的乘客开始旅行的那一刻起,乘客们就已经失去了所有重量,并且可以自由地在车厢里飘浮。同样地,炮弹里的所有物体都会失去重量。乘客们可以依照这个特点很快判断出他们是在炮筒里纹丝不动,还是在太空里快速地飞行。不过小说里确实是这样描述的,在星际旅行开始的半个小时后,乘客们还在争论这个问题,他们到底有没有飞出去。

“尼柯尔,我们在天上飞呢?”

尼柯尔和阿尔唐彼此对视了一眼:他们都没有感觉到炮弹的振动。

“说实话,我们到底有没有在天上飞啊?”阿尔丹重复问道。

“难道我们仍旧静止地停在佛罗里达的地面上?”尼柯尔也问道。

“难道我们在墨西哥湾的海底?”阿尔丹又补充了一句。

轮船上的乘客产生这样的疑问是很有可能的,不过自由飞行的炮弹车厢里的乘客就没有必要问这种毫无意义的问题了:轮船上的乘客仍旧拥有自己的重量,但是炮弹上的乘客则变成了完全失去重量的人,他们难道察觉不到自己已经失重了吗?

这个幻想的车厢里真是拥有很多奇怪的现象啊!在这个狭小的世界里,所有的物体都失去了重量,从手里放开的东西并不会坠落,而是停留在原地,任何物体都以不同的形态保持着平衡,打翻的水瓶也不会有水流出。然而这一切都被儒勒·凡尔纳忽视了,要知道这些神奇的现象,原本可以为科幻小说家创造出更多的写作素材。