世上最幸运的人 — 劉炯朗

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全身瘫痪快五十年的科学家霍金,

  在天文物理学方面有非凡贡献。

  从他身上,我们看到了勇气、毅力与感恩。

  2007年4月26日,报上有一条不见得每个人都注意到的新闻——鼎鼎有名的霍金教授在美国佛罗里达州参加了零地心引力的飞行。

  将近70岁的霍金是英国剑桥大学的教授,也是当代最杰出的天文物理学家之一,在对黑洞的研究上有开天辟地的贡献。他在二十岁出头时候罹患了运动神经细胞的疾病,多年下来,他不但无法走路、无法举手,甚至不能够讲话,但是,他持续不断地从事研究工作,成就首屈一指。霍金教授飞行的新闻让我想起几个有趣的话题:什么是零地心引力的飞行?霍金教授罹患的是什么疾病?

  大家都知道地心引力是牛顿发现的。当牛顿看到苹果从树上掉到地面时,他不禁问道:“为什么苹果往地面掉,而不是向左右横飞呢?”牛顿的万有引力定律说,两个物体间的吸引力和两者的质量成正比,和两者的距离平方成反比。所以,地球和苹果,地球和一个人,地球和天空中的一只鸟、一架飞机之间,都有互相吸引的力,这就是地心引力。

  体验无重力状态


  当我们站在地上或者坐在椅子上,地球对我们的身体有一个吸引力,按照牛顿“作用力和反作用力相等”的定律,地板或者椅子的表面对我们的身体产生一个反作用力。地球的吸引力是往下拉,这个反作用力是往上推,两个力的大小是相等的,所以,我们的身体会维持平衡不动;当我们用磅秤去量体重或者对自己的身体重量的感觉,感觉到的就是这个反作用力的大小。那么,既然地心引力和它的反作用力大小一样,有什么差别呢?没错,地心引力是不变的,但是,当其它力量加在我们身上时,全部的反作用力会增加或者减小,我们的重量也因而改变。

  例如,当水给我们身体一股浮力时,地心引力是往的,浮力是往上的,相减之后反作用力会减小,使我们觉得比较轻。再者,当人造卫星绕着地球旋转时,旋转所产生的离心力和地心引力相抵消,所以在太空舱里会达到无重量的状态。严格来讲,无重量是比较准确的说法。零地心吸引力描述同样的物理现象,事实上地心吸引力是被抵消了,并非不存在。最后,当我们在电梯、飞机或者火箭里,不论加速或减速,我们的重量会跟着改变。这正是高中时学的物理,加速度和力是有直接关系的。

  当飞机或者火箭向上加速时,身体的重量会增加,尤其火箭升空时加速很大,所以航天员感到重量的压力也很大。反过来,当电梯或者飞机迅速向下加速时,我们身体的重量会减小。这就是霍金教授在4月26日坐在飞机里体验零地心引力的基本物理原理。

  多年来,美国太空署都用飞机在空中迅速往下冲,达到零地心引力,来训练航天员。1993年,有一家专门提供太空的旅游和娱乐活动的商业公司,名字就叫做零地心引力。他们用一部经过改装的波音747飞机,每次升空90分钟,收费3,750美元(不过,霍金教授是免费的),飞机沿着一条抛物线的航道向上爬升,然后向下俯冲,每次乘客可以有30秒钟的时间体验地心引力或者1/3的地心吸引力(那是火星上面的火星引力),或者1/6的地心引力(那是在月亮上面的引力)。在90分钟的飞行时间里,飞机会爬升、俯冲来回10至15次,让乘客有七八分钟的时间体验地心引力的消失或者减低,也就是没有重量或者重量减轻的感觉。当然,正如前面所讲,在这一升一降之中,乘客也会体验到重量的增加,不过,最大增加到1。8G,是地心引力的1。8倍,全程都相当安全。飞机的飞行高度是三万英尺,每次最多可以载30位乘客,现在乘客可以选择在拉斯维加斯或佛罗里达起飞,还可以通过网络预先订位,你有兴趣试试吗?

  为什么霍金教授要尝试这样的飞行?他说,人类必须到太空发展,尤其是当地球上充满了暖化、传染病等危险的今天,私人、商业、营利机构都可以参与太空的发展,不一定得靠政府机构完全负担。对一个六十多岁、全身瘫痪、世界级的科学家来说,这是个短期而有趣的旅程。

本篇發表於 劉炯朗博士文章, 專家筆記。將永久鏈結加入書籤。

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