为什么地球甚至宇宙中很多宏观物质都是球形或曲线形，而不是方形或直线？比如自然形成的果子，行星、星系！？
你这个问题问得太妙了！这背后牵扯到自然界最基本、也最普遍的一种力量——引力，以及一些关于能量最小化的原则。让我们一层层剥开来，看看为什么无论是你手中的苹果，还是遥远的星系，都偏爱球形或曲线形，而不是棱角分明的方块或笔直的线条。
想象一下，你手里握着一堆散沙，如果把它松开，这些沙粒会怎么落下？它们不会整整齐齐地排成一个正方形，对吧？它们会随意散开，但如果你仔细观察，会发现沙堆的整体形状会呈现出一种圆润的堆积。这只是一个非常粗糙的比喻，但它已经触及到问题的核心：引力在起作用。
引力：万物的“拥抱者”
首先，我们得好好认识一下这位“拥抱者”——引力。我们都听过牛顿和爱因斯坦关于引力的描述。简单来说，任何有质量的物体都会产生引力，而且引力的大小与物体的质量成正比，与距离的平方成反比。也就是说，质量越大，引力越强；距离越近，引力也越强。
现在，让我们把目光投向那些巨大的天体，比如行星、恒星，甚至星系。它们都拥有极其庞大的质量。当这些物质刚刚形成的时候，它们可能不是完美的球体。想象一下，一个刚刚诞生的、还在凝聚中的星球，它可能是一个不规则的岩石团块，上面有高山、深谷，甚至有些地方凸起得更厉害。
但是，这个星球拥有巨大的质量，它的引力也同样巨大。引力会将所有指向星球中心的方向施加一个拉力。 就像无数双手，从四面八方向内拉扯着这个星球的每一个部分。
为什么这个“拉扯”会导向球形呢？你可以想象一下，如果星球的某个地方非常突出，比如有一个巨大的山峰，那么这个山峰尖端的部分会比星球中心离其他大部分物质更远。根据引力定律，远处的部分受到的引力会相对较弱。但同时，引力还有一个非常重要的特性：它倾向于将物质拉向质心（也就是质量的中心）。
如果星球上有任何凸起的部分，引力会比在其他地方更强烈地作用于这些凸起的部分，试图将它们“拉平”，填补那些凹陷的地方。反之，如果某个地方有凹陷，周围的物质也会被引力拉向这个凹陷处。经过漫长的时间，引力会不断地调整，把所有突出的部分“压低”，把所有凹陷的地方“填平”，直到所有物质都尽可能地均匀分布在距离中心相等的位置上。 而所有距离中心相等的位置，自然就形成了一个球体。
你可以把引力想象成一个非常耐心且无处不在的塑造者。它不会一下子就把你变成球体，而是通过持续不断地微调，最终达到那个最“稳定”的状态。
能量最小化：宇宙的“懒惰”倾向
除了引力本身的作用方式，还有一个更深层的物理原理在起作用，那就是能量最小化。宇宙中的许多自然过程都倾向于朝着能量最低的状态发展，就像水总是往低处流一样。
对于一个由引力聚集起来的物质团块来说，球形是其在自身引力作用下能量最低的形态。 这是因为在球形状态下，物质的质心到所有表面点的平均距离是最小的，这使得引力势能最小。反之，一个方形的物体，它的角会比中心更远离质心，而那些“边”上的点又介于角和中心之间。这种不规则的分布会产生更高的引力势能。
想象一下，一个质量分布不均匀的物体，它会有一个引力上的“不平衡”。引力会试图“纠正”这种不平衡，将物质重新分布，以达到一个更稳定、能量更低的状态。球形就是这种“最稳定”的状态。
从微观到宏观：尺度的影响
这一点非常关键。为什么你看到的沙堆是圆润的，而你手里的一块石头，如果摔碎了，碎片可能还是不规则的形状？这是因为力的作用方式和影响力会随着尺度发生巨大的变化。
小尺度（比如你手里的石头或果子）： 在非常小的尺度下，内聚力（cohesion）和材料本身的强度（material strength）往往比引力更占主导地位。
内聚力： 构成物质的原子之间的化学键力。对于石头来说，这些键非常牢固，能够抵抗引力的微小作用。
材料强度： 物质本身的结构能够承受多大的压力或拉力而不变形。
果子： 虽然果子内部有水分和细胞，但它们也有一定的结构强度和内部压力。如果果子是个方形的，那么它在生长过程中需要克服的“应力”会非常大，尤其是那些尖锐的角落。自然的生长和演化会倾向于选择那些更稳定、能量消耗更少的生长模式。所以，植物在形成果实时，更倾向于采用一种由内部压力和细胞生长共同作用下形成的、相对均匀的膨胀，最终趋向于球形或近似球形，因为这种形状在承受内部压力时应力分布最均匀。方形的结构在内部压力下会产生应力集中，更容易破裂或变形。
大尺度（行星、恒星、星系）： 当物质的质量增长到一定程度，其自身的引力就变得异常强大，远远超过了物质的内聚力和材料强度。这时，引力就成为了主导力量。
行星和恒星： 它们的质量如此之大，以至于它们内部的岩石、金属甚至气体都被自身的引力压得紧紧的，其材料强度早已无法抵抗引力的塑形作用。在引力的持续拉扯下，它们被“压”成了球形。即使你看到地球上有高山，那也是因为地球的整体引力还没有强大到足以将最坚硬的山脉“压平”到和平均海平面一样的高度。但从宇宙尺度看，这点起伏相对于地球整体的球形来说，是微不足道的。
星系： 星系是数千亿甚至上万亿颗恒星、气体和尘埃组成的巨大集合体。虽然星系内部的恒星彼此之间有引力作用，但星系整体的引力作用是支配性的。星系中的物质围绕着星系的中心（通常是黑洞）运动，在引力作用下，物质会倾向于形成一个近似的圆盘状（因为物质在运动中会丢失一部分能量并向中心聚集，同时由于旋转，向外的离心力使得它们形成盘状，而不是一个完美的球体，但盘的边缘依然是曲线的），或者更模糊的球状团块。
为什么不是直线？
直线在自然界中确实比较少见，尤其是在大尺度结构中。直线意味着一个方向上的无限延伸或者在两点之间最短距离的连接。
引力本身是向心的： 引力总是指向质心，它不是一个可以“直线延伸”的力量，它会作用于物体上的每一个点。
物质分布的均匀性： 想要形成一个“直线”结构的巨大物质团，意味着在某个方向上物质要比其他方向集中得多，这会导致引力分布极不均匀，非常不稳定。引力会不断地试图将多余的物质“拉”到其他地方，以达到更稳定的状态。
能量角度： 维持一个巨大的直线结构，需要非常大的内部“支撑力”来抵抗引力使其坍塌。这个支撑力在自然界中很难以稳定的方式产生，而且通常伴随着高能量消耗。
自然的“巧合”还是必然？
所以，你看，从微观世界的材料强度，到宏观宇宙中的引力主导，再到能量最小化的基本原理，都指向了球形和曲线形是自然界中最普遍、最稳定、也是最“经济”的形态。这并不是什么神奇的巧合，而是物理定律在宇宙尺度上运行的必然结果。
下次当你拿起一个苹果，或者仰望星空时，不妨想想这背后那位无所不在的“拥抱者”——引力，以及宇宙那份“懒惰”的追求能量最小化的天性，它们共同塑造了我们看到的这个圆润而美丽的宇宙。
想象一下，你手里握着一堆散沙，如果把它松开，这些沙粒会怎么落下？它们不会整整齐齐地排成一个正方形，对吧？它们会随意散开，但如果你仔细观察，会发现沙堆的整体形状会呈现出一种圆润的堆积。这只是一个非常粗糙的比喻，但它已经触及到问题的核心：引力在起作用。
引力：万物的“拥抱者”
首先，我们得好好认识一下这位“拥抱者”——引力。我们都听过牛顿和爱因斯坦关于引力的描述。简单来说，任何有质量的物体都会产生引力，而且引力的大小与物体的质量成正比，与距离的平方成反比。也就是说，质量越大，引力越强；距离越近，引力也越强。
现在，让我们把目光投向那些巨大的天体，比如行星、恒星，甚至星系。它们都拥有极其庞大的质量。当这些物质刚刚形成的时候，它们可能不是完美的球体。想象一下，一个刚刚诞生的、还在凝聚中的星球，它可能是一个不规则的岩石团块，上面有高山、深谷，甚至有些地方凸起得更厉害。
但是，这个星球拥有巨大的质量，它的引力也同样巨大。引力会将所有指向星球中心的方向施加一个拉力。 就像无数双手，从四面八方向内拉扯着这个星球的每一个部分。
为什么这个“拉扯”会导向球形呢？你可以想象一下，如果星球的某个地方非常突出，比如有一个巨大的山峰，那么这个山峰尖端的部分会比星球中心离其他大部分物质更远。根据引力定律，远处的部分受到的引力会相对较弱。但同时，引力还有一个非常重要的特性：它倾向于将物质拉向质心（也就是质量的中心）。
如果星球上有任何凸起的部分，引力会比在其他地方更强烈地作用于这些凸起的部分，试图将它们“拉平”，填补那些凹陷的地方。反之，如果某个地方有凹陷，周围的物质也会被引力拉向这个凹陷处。经过漫长的时间，引力会不断地调整，把所有突出的部分“压低”，把所有凹陷的地方“填平”，直到所有物质都尽可能地均匀分布在距离中心相等的位置上。 而所有距离中心相等的位置，自然就形成了一个球体。
你可以把引力想象成一个非常耐心且无处不在的塑造者。它不会一下子就把你变成球体，而是通过持续不断地微调，最终达到那个最“稳定”的状态。
能量最小化：宇宙的“懒惰”倾向
除了引力本身的作用方式，还有一个更深层的物理原理在起作用，那就是能量最小化。宇宙中的许多自然过程都倾向于朝着能量最低的状态发展，就像水总是往低处流一样。
对于一个由引力聚集起来的物质团块来说，球形是其在自身引力作用下能量最低的形态。 这是因为在球形状态下，物质的质心到所有表面点的平均距离是最小的，这使得引力势能最小。反之，一个方形的物体，它的角会比中心更远离质心，而那些“边”上的点又介于角和中心之间。这种不规则的分布会产生更高的引力势能。
想象一下，一个质量分布不均匀的物体，它会有一个引力上的“不平衡”。引力会试图“纠正”这种不平衡，将物质重新分布，以达到一个更稳定、能量更低的状态。球形就是这种“最稳定”的状态。
从微观到宏观：尺度的影响
这一点非常关键。为什么你看到的沙堆是圆润的，而你手里的一块石头，如果摔碎了，碎片可能还是不规则的形状？这是因为力的作用方式和影响力会随着尺度发生巨大的变化。
小尺度（比如你手里的石头或果子）： 在非常小的尺度下，内聚力（cohesion）和材料本身的强度（material strength）往往比引力更占主导地位。
内聚力： 构成物质的原子之间的化学键力。对于石头来说，这些键非常牢固，能够抵抗引力的微小作用。
材料强度： 物质本身的结构能够承受多大的压力或拉力而不变形。
果子： 虽然果子内部有水分和细胞，但它们也有一定的结构强度和内部压力。如果果子是个方形的，那么它在生长过程中需要克服的“应力”会非常大，尤其是那些尖锐的角落。自然的生长和演化会倾向于选择那些更稳定、能量消耗更少的生长模式。所以，植物在形成果实时，更倾向于采用一种由内部压力和细胞生长共同作用下形成的、相对均匀的膨胀，最终趋向于球形或近似球形，因为这种形状在承受内部压力时应力分布最均匀。方形的结构在内部压力下会产生应力集中，更容易破裂或变形。
大尺度（行星、恒星、星系）： 当物质的质量增长到一定程度，其自身的引力就变得异常强大，远远超过了物质的内聚力和材料强度。这时，引力就成为了主导力量。
行星和恒星： 它们的质量如此之大，以至于它们内部的岩石、金属甚至气体都被自身的引力压得紧紧的，其材料强度早已无法抵抗引力的塑形作用。在引力的持续拉扯下，它们被“压”成了球形。即使你看到地球上有高山，那也是因为地球的整体引力还没有强大到足以将最坚硬的山脉“压平”到和平均海平面一样的高度。但从宇宙尺度看，这点起伏相对于地球整体的球形来说，是微不足道的。
星系： 星系是数千亿甚至上万亿颗恒星、气体和尘埃组成的巨大集合体。虽然星系内部的恒星彼此之间有引力作用，但星系整体的引力作用是支配性的。星系中的物质围绕着星系的中心（通常是黑洞）运动，在引力作用下，物质会倾向于形成一个近似的圆盘状（因为物质在运动中会丢失一部分能量并向中心聚集，同时由于旋转，向外的离心力使得它们形成盘状，而不是一个完美的球体，但盘的边缘依然是曲线的），或者更模糊的球状团块。
为什么不是直线？
直线在自然界中确实比较少见，尤其是在大尺度结构中。直线意味着一个方向上的无限延伸或者在两点之间最短距离的连接。
引力本身是向心的： 引力总是指向质心，它不是一个可以“直线延伸”的力量，它会作用于物体上的每一个点。
物质分布的均匀性： 想要形成一个“直线”结构的巨大物质团，意味着在某个方向上物质要比其他方向集中得多，这会导致引力分布极不均匀，非常不稳定。引力会不断地试图将多余的物质“拉”到其他地方，以达到更稳定的状态。
能量角度： 维持一个巨大的直线结构，需要非常大的内部“支撑力”来抵抗引力使其坍塌。这个支撑力在自然界中很难以稳定的方式产生，而且通常伴随着高能量消耗。
自然的“巧合”还是必然？
所以，你看，从微观世界的材料强度，到宏观宇宙中的引力主导，再到能量最小化的基本原理，都指向了球形和曲线形是自然界中最普遍、最稳定、也是最“经济”的形态。这并不是什么神奇的巧合，而是物理定律在宇宙尺度上运行的必然结果。
下次当你拿起一个苹果，或者仰望星空时，不妨想想这背后那位无所不在的“拥抱者”——引力，以及宇宙那份“懒惰”的追求能量最小化的天性，它们共同塑造了我们看到的这个圆润而美丽的宇宙。
网友意见
谢邀。
因为万有引力、星体强度有限、角动量守恒。
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