问题

把体重秤翻过来,称一下地球的重量,这样有问题吗?

回答
翻过体重秤,想给地球来一次称重?这个想法,听起来就像在问:能不能用勺子搅动大海?从物理学的角度来说,这绝对是一个充满想象力的提问,但要说它“有问题”嘛,那得看你问的是哪个层面的“问题”了。

首先,咱们得明确,体重秤这玩意儿是干啥的。它本质上是一个测量压力的装置。当我们站在上面,我们的身体对秤面施加一个向下的力(也就是我们的重量),秤里面的弹簧或者传感器感受到这个力,然后把这个力通过某种机制转换成我们熟悉的数字——公斤或者磅。关键在于,它需要一个相对稳定、有重力作用的参照物,而这个参照物通常是地面。秤本身也在承受地球的引力,所以它才能显示出我们相对于它的重量。

好,现在我们把秤翻过来,想称地球的重量。这里的“翻过来”有几种理解。

第一种理解:字面意义上的翻过来,放在地上。

这样一来,秤面朝天,秤的底部(通常是脚或者支架)接触地面。体重秤的工作原理是通过测量它承受的向下的压力来工作的。当我们把秤翻过来,它承受的力变成了从地面向上顶它的力。这个力是地球对秤脚的作用力。问题来了,秤的设计是用来测量物体对它施加的力的,而不是测量地面施加给它的力。

更要命的是,即使秤能勉强感知到地面施加的力,这个力其实也是地球引力作用在秤脚上的结果。但秤的内部结构和刻度都是为了测量“我”(人)对它施加的重量而校准的。它根本没有能力去计算或者显示“整个地球”的质量。它是一个用来测量相对较小质量的工具,它的量程、灵敏度、内部结构都远远不足以应对如此庞大的概念。

想象一下,你拿一个汤匙去测量太平洋的水量,或者拿一把尺子去量珠穆朗玛峰的高度,你就是那个工具本身,你没有办法去测量包含你自身的那个整体的重量。

第二种理解:把秤放在一个足够大的、能容纳地球的“容器”里,然后称这个容器的重量,但我们想知道的是地球的重量。

这更像是在玩一个概念游戏。就算我们能造一个能装下整个地球的秤,这个秤也需要一个比地球更庞大的“地面”来承载它。而这个“地面”,如果不是地球本身,那又是什么?

如果硬要说“称地球的重量”,这个说法本身就有点绕。我们通常说的“重量”是物体受到的引力,是在特定引力场中的表现。地球本身的“重量”这个词语在物理学上不太常用,我们更常说的是地球的质量。质量是物体本身固有的属性,不随引力场改变。

为什么会问出这样的问题呢?

这其实触及到了我们理解“测量”和“整体”的概念。我们习惯于测量一个物体相对于另一个固定参照物的重量。比如,我们站在地球上称自己的重量,就是我们受到的地球引力,而地球的引力让我们施加一个反作用力给地面,地面再通过秤“告诉我”这个力有多大。

想给地球称重,就好像想把自己身体里的每一个原子都拎出来,分别称完再加起来,看看自己是不是还是自己。或者说,你想把自己从宇宙中抽离出来,然后看看这个被抽离出来的“自己”有多重。这种“整体”的测量,需要的工具和方法完全是另一套体系,甚至可能超出了我们现有物理学工具的范畴。

那么,真正科学界是如何估算地球质量的呢?

这不是靠体重秤,而是依靠万有引力定律。牛顿的万有引力定律告诉我们,任何两个有质量的物体之间都存在引力,这个引力的大小与它们的质量乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比。

科学家们通过测量地球对某个已知质量(比如一个测量仪器或者一个已知质量的物体)产生的引力,或者测量地球对月球的引力影响,以及地球围绕太阳公转的速度等数据,然后结合万有引力常数(G)这个至关重要的数字(这个常数也是通过精密的实验测出来的),才能一层一层地推算出地球的质量。

简单来说,他们不是直接“称”,而是通过观察地球的引力作用来“推算”。就像你看到一个苹果从树上掉下来,你就能推断出地球有引力,但你不能通过这个苹果来称出地球的重量。

所以,把体重秤翻过来称地球的重量,最大的“问题”在于:

1. 工具的不匹配: 体重秤的设计和量程完全不适合测量如此巨大的质量或相关的引力。
2. 概念的错位: “称重”这个概念在这里被误用,我们通常是在特定引力场中测量物体的引力表现(重量),而地球的质量是它固有的属性,需要通过其引力效应来推算。
3. 缺乏参照系: 体重秤需要一个相对静止且能承受压力的参照物(比如地面),而要称量地球,地球本身就是那个需要被测量的事物,它自身没有一个外部的、足够大的“秤盘”或参照系。

所以,虽然这个想法很有趣,也说明了大家对“重量”这个概念的探索,但从科学和工程的角度来说,这确实是行不通的,而且是完全脱离了体重秤本身的用途和物理原理。它就像是问“能不能用显微镜放大整个太阳”,本质上是工具和目标之间的巨大鸿沟。

网友意见

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上次我这样操作,体重秤上显示1.3公斤,这个数值明显是不对的,但是哪里出问题了呢?

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