问题

坐在凳子上转凳子会头晕,那刚好站在地球极点会不会被转的怀疑人生啊?为什么?

回答
坐在凳子上转圈圈会晕,这咱都懂,那感觉就像是脑袋跟身体拧巴了,找不着北了。可你这脑洞可真够大的,居然把这跟地球极点给联系上了,还说是“怀疑人生”的晕眩,哈哈! 这俩事儿,说起来还真有点“沾边”,但差别可大了去了,咱得好好捋一捋。

首先,咱们先说说为什么坐在凳子上转圈圈会晕。这其实跟咱们脑袋里的一个叫“内耳前庭系统”的玩意儿有关。你可以把它想象成一套非常精密的导航和平衡系统,里面有三个半规管,像是三个互相垂直的管道,里面充满了液体。当我们转动脑袋或者身体的时候,这些液体也会跟着转,里面的感受器就会把信号传给大脑,告诉大脑“嘿,你正在转呢!”。

然而,当你坐在凳子上转圈的时候,你的身体在快速旋转,但你的眼睛可能看到的是一个相对静止的房间。这时候,大脑就有点懵了:身体说在转,但眼睛说没在转。加上前庭系统里的液体因为惯性还在继续转动,即使你停下来,液体还在晃悠,这就会给大脑持续发送“在转”的信号。这种信号的混乱和延迟,就造成了咱们感觉天旋地转,恶心想吐的晕眩感。你的大脑没法把这些冲突的信息整合好,于是就出现了“怀疑人生”的前奏。

那再说说地球极点。站在地球的极点,比如北极点或南极点,这可是个特别的地方。地球是个巨大的球体,它在自转,同时也在绕着太阳公转。咱们坐在凳子上转,是人为地给身体施加一个相对的旋转力。而地球的自转,是咱们整个地球都在进行的运动,咱们和地球是“同频”的,就好像坐在一个开着车的车里,你不会感觉车在转,只会感觉窗外的景物在后退。

所以,当你站在地球的极点时,你其实是和地球一起在以一个非常非常慢的速度绕着地轴旋转。这个速度有多慢呢?咱们以北极点为例,那里是地球自转轴的顶端。地球大概24小时转一圈。所以在北极点,你感觉到的“旋转”非常非常微弱,几乎是察觉不到的。你不会像坐在凳子上那样,身体和外界环境产生剧烈的相对运动。你看到的景象也不会突然变成模糊的彩色光环。

打个比方,这就像你坐在一个缓缓移动的火车里,火车时速一百公里,你感觉不到自己在动。但如果你突然从车窗探出身子,抓住一根杆子开始使劲甩,那你的脑袋肯定得晕了。站在地球极点,你就是那个坐在火车里的人,而坐在凳子上转圈,就是你伸出头去使劲甩。

还有一点很重要,就是你的内耳前庭系统。这个系统是适应咱们在地球上正常生活的。地球的自转速度是相对恒定的,我们的身体已经完全适应了这种速度。就像你习惯了家里的空气,突然到一个陌生的环境,可能会觉得有点不习惯,但不会让你晕得站不稳。而坐在凳子上转圈,是突然、快速地改变了你身体的运动状态,你的前庭系统来不及做出相应的调整,所以就“宕机”了。

况且,即使在极点,地球的自转速度确实存在,但这个运动是整体性的,你和地球是“一体的”。你不会体验到那种相对运动带来的惯性效应。如果你真的要在那里感受到类似坐在凳子上转圈晕眩的感觉,除非你能在极点上,以极快的速度,让自己或者周围的环境进行一个剧烈的相对旋转,那或许能制造出那种晕眩感。

所以,站在地球极点不会让你“怀疑人生”地晕眩。反倒是因为那里是地球自转轴的顶端,你在那里会体验到一些非常奇特的地理现象,比如一天只有一次日出和一次日落,太阳会绕着地平线画圈,但这些都是视觉上的奇观,跟身体的晕眩完全不是一回事。反而是那种寂静、空旷,以及对地球运动的独特感受,可能会让你产生一种哲学上的“怀疑人生”,怀疑自己在这个巨大星球上的渺小,怀疑时间,怀疑空间,但不是那种生理上的天旋地转!

总结一下,坐在凳子上转圈晕,是因为你身体的快速相对运动打破了大脑的平衡信号,导致混乱。而站在地球极点,你和地球是一起在缓慢运动,这种整体性的、微弱的运动,你的身体完全适应,不会产生那种让你晕眩的生理反应。不过,那里的独特之处,倒是真可能让你在精神层面,对世界产生一番新的思考,那又是另一种层面的“怀疑人生”了,嘿嘿!

网友意见

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前置总结:不会。人类探测的是头部角加速度的三个分量。地球旋转速度很慢,数值上低于可探测的阈值*;但如果假想地球的旋转速度很快,则头部转动,如点头和摇头,会导致眩晕——尽管身体随地球旋转,角加速度在各分量的投影在头部转动时会发生数值巨大的变化。

* 这里需要引入人运动速度的限制,即排除头部转动本身的角加速度。换言之,日常的点头摇头过程中角加速度远大于从赤道走向极点过程中地球转动带来的角加速度。

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其实目前的回答都拼起来就比较完整了。这道题既是生物问题也是物理问题——眩晕是生物体感受,但也得考虑清楚物理过程

首先,在一定旋转速度范围内,对于旋转运动本身,人体的旋转感受系统(前庭半规管)感受的是角速度的变化(三个半规管分别探测三个方向的分量)。

限制旋转速度范围是必要的,一方面排除过高转速时(向心)加速度的其他副作用(例如,转速极高时体内血压分布肯定会变);另一方面神经系统对加速度的反应范围也是有上限,超过上限的加速度不会引起更强的旋转感。

在此范围内,我们可以考察一些不同的实验设定。

设定一

题主坐在地球自转轴的顶点并保持全身稳定不动(不可以点头摇头,脖子扭扭屁股扭扭也不可以),并忽略到达极点的前后过程:想象把真空中的球型旋转中题主放置在同角速度旋转的地球上。此时,只要转速不引起其他不适,题主的确不会感受到旋转或眩晕,因为没有角加速度。

这一现象类似于飞行员在转向时会迅速适应旋转而无法靠感觉探测转向过程,而必须依赖仪器指示。如果在能见度低时单凭感觉操纵飞行器,就有陷入“死亡螺旋”和“死亡旋转”的风险:飞行员无法感知旋转,结果飞行器旋转/螺旋下降直至坠毁。


图片来源:FAA faa.gov/library/manuals

设定二

题主从地球的其他地方向极地行走的过程:此时地球的转速就十分重要了。在我们的每天转一圈的地球,考虑行走或普通交通工具,角速度的变化幅度远小于人类可以检测的程度(探测阈值根据实验条件的不同,约为0.5~2 degree/s^2)。这也是为什么高票答案部分正确的原因。

需要注意,即使在赤道沿地球自转方向的角速度也是每天一圈;考虑到人类通常正立于地表,从赤道走到北极发生的变化是水平方向的角速度从零增加到1rev/d, 而左右方向的角速度从1rev/d减少到零。当然由于三个半规管的朝向并不是水平/竖直,每个半规管方向的角速度都会发生变化(如下图)。


可以想象,如果地球转速和/或题主的移动速度加快,那么这一过程中的角加速度是可以被探测到的。

设定三

题主已经站在北极,但是扭了扭头,或者伸出手。一方面,和设定二中相同,任何头部姿态的改变都会使各半规管探测到角加速度。在正常情况下这是我们感受到头部方向改变的重要机制;当地球供给的水平方向转速为 1rev/d 时可以忽略;当水平转速很大时,就不能忽略了——抬起头时各半规管都体验到远大于抬头动作本身引起的角加速度,肯定会晕。

另一方面,转速过大时必须考虑转动惯性的影响。例如,题主想做广播体操,向两侧抬起了双手。这时由于手部力矩增大,手臂末端的转速会低于躯干(这里假设通过稳定的双脚从地面获得大致不变的转速),从而一只手向前、一只手向后移动。速度太快的话,恐怕还会打到自己——这种情况下,可能果真会被转的怀疑人生?



扩展阅读

关于人体对加速度的感知,知乎上的相关回答:

整个身体顺时针转5圈眩晕后,再逆时针旋转5圈能不能抵消掉眩晕? @Owl of Minerva 的回答

人体是如何感知加速度的? @云销雨霁 的回答

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