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苏联“灭世”武器,竟是网球拍?被营销号玩坏的贾尼别科夫效应

2023-01-05 06:18:12 3975

摘要:在各大媒体平台上,经常能看到这样主题类的视频栏目:苏联藏匿了一种灭世级武器,这种武器能够使地球发生南北极倒转,从而导致地球生物的大灭绝。而这种“灭世级”武器的名字,则是物理学中的一种“神秘”效应,它的名字是:贾尼别科夫效应。而验证这种效应具...

在各大媒体平台上,经常能看到这样主题类的视频栏目:苏联藏匿了一种灭世级武器,这种武器能够使地球发生南北极倒转,从而导致地球生物的大灭绝。而这种“灭世级”武器的名字,则是物理学中的一种“神秘”效应,它的名字是:贾尼别科夫效应。而验证这种效应具有“灭世”力量的,竟是一个螺母和一张网球拍。

那么,贾尼别科夫效应究竟有没有像许多媒体那样所说的那么神秘,以至于能够成为“灭世级”的力量?如今被写入中学课本的贾尼别科夫效应,是如何被营销号吹得神乎其神的?今天,本期节目为您讲述:被营销号玩坏的贾尼别科夫效应。

贾尼别科夫效应,为何让苏联保密“十年”?

在网络上广为流传的“贾尼别科夫”效应科普视频当中,最普遍的说法是:苏联宇航员贾尼别科夫,在维修苏联空间站“礼炮七号”的过程中,发现了一个在失重环境下发生不规则旋转的螺母,从而将这种规律延伸到地球的身上,推导出了“可能为地球带来毁灭”的贾尼别科夫效应。为了保住这个能够带来灭世力量的秘密,苏联甚至将这一理论发现成果保密了“十年”。

而实际上,贾尼别科夫效应既不可能有“毁灭地球”的力量,也没有让苏联当局将成果保密十年之久。但是,在广为流传的谣言中,有一点是真相的是苏联宇航员贾尼别科夫,确实是通过一颗螺母,发现了贾尼别科夫效应。尽管这个物理学规律由他的名字来命名,但他也并非是贾尼别科夫效应的第一位发现者。

(苏联宇航员贾尼别科夫)

故事发生在1985年的6月6日,苏联宇航员贾尼别科夫和维克托·萨维尼赫乘坐“联盟T-13”火箭,前往修复当时电力系统濒临崩溃的苏联空间站:礼炮七号。在执行修理空间站任务的过程中,贾尼别科夫拧下了一颗螺母,在失重且没有外力干涉的环境下,空间站里的螺母会飘在半空中,沿着最初旋转它的主轴一直保持翻转。但是,令贾尼别科夫感到惊讶的一幕出现了——被贾尼别科夫拧下的螺母,并没有按照他既往预想中的那样进行旋转,而是这颗螺母在旋转的过程中忽然倒转了180度,然后继续翻转,并在接下来的一段时间内继续旋转180度,周而复始。

(贾尼别科夫效应中不稳定旋转的螺母)

这种奇怪的现象,直接打破了物理学出身贾尼别科夫的既往认知:这颗没有受到外力影响的螺母,无缘无故进行180度的反转,就意味着当时螺母的旋转轴并不稳定。而当他将自己的目光投注到太空舱之外的地球时,则更是让他感到忧心忡忡:因为地球整体也在一个失重的环境中。如今,这颗在太空失重环境中的螺母会无缘无故进行180度的翻转,而地球未来会不会也突然在失重环境中出现这样的翻转呢?于是,他便将自己的这次发现,在返回太空后报告给了苏联当局。

而苏联当局则对此予以高度重视,于是便对贾尼别科夫的发现开始进行研究。在1991年苏联解体之际,一篇名为《扭动的网球拍》发表在了科学期刊上,用物理学的角度阐释了为何空间站中由贾尼别科夫扭下的螺母,会发生不规则的180度翻转,并且还用旋转网球拍这样的生活案例作为佐证,生动地说明了这一物理学现象的具体表现。为纪念贾尼别科夫对该物理学现象的发现,于是人们将这一物理现象称之为“中间轴定律”,或者“贾尼别科夫”定律。

(贾尼别科夫效应中的螺母)

因此,从贾尼别科夫效应的被发现,到公布时间来看,从1985年到1991年,根本没有十年的时间。而在近年的研究中,人们也发现贾尼别科夫也并非是这一定律的最早发现者,在1852年出版的一本法国物理学著作《物体旋转新理论》中,就已有人发现所谓的“贾尼别科夫效应”。而贾尼别科夫对这一理论的贡献,就好比哥伦布自认为是美洲大陆的第一个发现者一样。

接下来,我们将为您阐述贾尼别科夫定律的具体内容,通过了解贾尼别科夫定律的具体内容,我们也会发现这样的物理学定律,也不足以让它成为“灭世级”的武器秘密,被苏联保密“十年”。

贾尼别科夫效应,究竟是什么?

尽管在很长一段时间内,人们认为贾尼别科夫效应是由贾尼别科夫在空间站中执行修理任务的过程中发现。但实际上,“贾尼别科夫”效应的实验,在地球上用普通的物件就可以来进行测试,比如生活中我们常见的网球拍。

(网球拍的旋转轴)

上面这幅图,是网球拍可以进行旋转的三个旋转轴。我们可以握住网球拍的手柄,使其正面保持水平,沿着这三条不同的旋转轴对其进行抛掷,对比三次沿着不同旋转轴抛掷所产生的结果。最终,我们会发现:在没有外力干扰的条件下,沿着e1,e3轴抛掷旋转的网球拍,会在半空中老老实实地进行翻转,在接住球拍时拍面不会发生变化。只有在沿着e2轴进行抛掷旋转时,网球拍会自己在空中又转动半圈,从而使拍面发生变化——而这与贾尼别科夫在太空中发现螺母不受控制旋转的情景十分相似。

(三组试验对比)

那么,究竟是什么原因,导致沿着e2轴的旋转,是不稳定的?在这里,我们需要引入一个转动惯量的概念——所谓转动惯量,指的就是衡量旋转运动的物体由静止状态变为旋转状态,或者由旋转状态变为静止状态的难易程度的物理量。

而在我们抛掷网球拍的过程中,因为抛掷旋转轴的不同,物体的转动惯量也各不相同——其中,沿着e1轴抛掷的转动惯量最小,转动网球拍最容易。而沿着e3轴抛掷网球拍的转动惯量最大,转动网球拍最困难。而沿着e2轴抛掷转动惯量则在三者中居中,但旋转的方程式也十分不稳定,从而导致沿着e2轴对网球拍进行抛掷时,会出现网球拍发生不稳定旋转的现象。

而涉及旋转方程式的稳定性的变量计算,则可以用欧拉方程来进行定性分析:在无扭矩条件下,沿着e1,e2,e3三个轴进行不同旋转的网球拍,可以根据欧拉方程表现为以下形式:

在这组方程式中,我们假设I代表着物体的主惯性距,其中I1<I2<I3,W代表物体主轴的旋转角速度,而W·则代表着物体旋转的时间导数。如果我们将微分方程(1)代入到W·3从等式(3)中,我们会得出以下结论:W1不反对,因此,物体在主惯性距居中的情况下进行旋转,是最不稳定的。

贾尼别科夫效应,真的能够毁灭地球吗?

那么,贾尼别科夫效应,真的能够有达到“毁灭天地”的灭世效果吗?以至于苏联将“贾尼别科夫”效应视作可以带来“人类末日”的灭世级武器?——在这里,先给大家吃一颗定心丸:贾尼别科夫效应,如今已经被写入中学物理课本。如果贾尼别科夫效应真的是“毁天灭地”级别的秘密武器,那么每一个中学的熊孩子都能够带来世界末日。

那么,从科学的维度来看,为什么地球并不会因为“贾尼别科夫效应”,而在真空环境下出现南北极的倒转?首先,贾尼别科夫效应有着严格的条件限制:那就是这种现象只适用于物理学中的刚体。所谓刚体,指的就是在运动中和受力作用后,形状和大小不变,而且内部各点的相对位置不变的物体。如果我们用网球拍,手机和书本,做前文中“贾尼别科夫效应”的抛掷旋转试验时,我们会发现贾尼别科夫效应百试百灵。但是,如果我们用一个装了半瓶水的水瓶,或者是一个沙漏,再沿着三个空间中的旋转轴,进行三次抛掷时,我们便会发现:在这三次抛掷的过程中,奶瓶和沙漏的旋转都十分稳定。而地球则有70%的区域被水域覆盖,因此即便将地球进行抛掷旋转,也不会出现如“贾尼别科夫效应”那样的现象。当然,绝对刚体也仅仅是物理学中的理想模型,现实中绝对的刚体目前来看是不存在的。

(旋转的地球)

而地球自身的结构,和月球的存在,也使得地球并不会出现不稳定的旋转,从而导致贾尼别科夫效应——在高温高压的地壳内部,有大量的液态岩浆。而在地球的外部,则有月球的引力。因此,在这样的条件下,地球只能沿着转动惯量最大的那根旋转轴进行旋转,并不会出现自己“两极突然翻转”的现象。退一万步来讲,在贾尼别科夫效应的情景中,苏联真的可以根据这个效应来让地球的南北极实现翻转,那苏联要研究多大的一支能撬动地球的杠杆,而这支撬动地球的杠杆,又由哪个苏联人来操作。因此,用“贾尼别科夫效应”来当做“灭世武器”,多数是漫无边际的假想。苏联在解体之后,才公布“贾尼别科夫效应”的原因,更多的是因为科学的研究进度,而并非是什么“军事机密”。

对此,也有认为“贾尼别科夫”效应具有灭世效果的人可能会进行驳斥,认为贾尼别科夫效应虽然不能带来地球实际上的南北极倒转,但是在地球内部,对地球磁场产生影响的地幔、地核,可能会因为“贾尼别科夫效应”,出现翻转,进而影响地球磁场的“倒转”。但实际上,地幔、地核中的情景,实际上也已超出了贾尼别科夫效应的适用范畴。地球产生磁场的原因,是因为在高温、高压的地核中,铁水流动所产生的电流形成了星球的“磁场”,而对地球磁场倒转进行的考察,实际上已属于流体力学的范畴,并不能用以刚体作为考察对象的贾尼别科夫效应来进行解释。

(地球磁极)

而即便是地球的磁场发生偏转,也并不一定会对地球的生物圈产生毁灭性的影响。在过去8300万年的历史中,地球一共发生了183次南北极磁场的翻转,平均 每450000 年一次,地球的磁场才可能进行一次翻转。尽管在高达数百次的地球磁场翻转中,也有地球上生物的大灭绝现象。但是据科学家分析,地球的磁场翻转并不是导致生物灭绝的直接原因。而是因为地核中铁水的流动,大陆板块的漂移,可能造成了地球磁场的翻转,在地球磁场翻转的过程中,也伴随着火山灾难的频繁发生,而火山的爆发则是导致地球生物大灭绝的直接原因。

因此,贾尼别科夫效应并非是多数网络媒体包装、渲染的苏联“灭世级武器”,如果我们细心观察,其实这些看似深奥而神秘的物理学原理,就隐藏在我们的生活中。而揭开它的神秘面纱,只需要一双我们善于观察,勇于探索的眼睛。

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