日食时才出现的阿莱效应

来源 :大科技·科学之谜 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Shimq
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  地球时刻都在自转,大约24小时自转一圈,每小时会转过大约15°的角度。这样的旋转对于脚踏地面,随着地球转动的我们来说,根本无法感受到。那么地球上的我们怎么才能看到地球的自转呢?
  傅科摆证明地球自转
  如果有一种仪器可以不随着地球转动,那么把它放在北极点上,地球转动的时候,它与地球之间就会有个相对运动,在我们看来,好像是地球不动,它在缓慢转动,转动的速度也是每小时转过大约15°。
  什么仪器能够不受地球转动的影响呢?架在自由支架上的陀螺仪是一个,陀螺仪的支架会随着地球转动,但是上面自转的陀螺的自转轴却会指向固定的方向,也就是陀螺并不会随着支架一起旋转,从而能显示出地球自转了多少。
  除了陀螺仪外,傅科摆也是一个。傅科摆就是单摆,是法国物理学家傅科在1851年研究地球自转时用的一种单摆。他的摆锤重28千克,悬在67米长的悬挂线上,摆锤下的地面上是一个360°的角度刻度,看上去像个钟表刻度盘,可以指示单摆摆动的平面转过了多少角度。
  单摆的摆动很有意思,它不仅每次摆动所用的时间相同,它在两侧摆起的高度还一样,而且摆锤和悬挂线摆动划过的平面还是固定不变的,也就是单摆总是在一个平面内摆动。这样,单摆摆动的平面就可以作为衡量地球转动的仪器。当地球转动时,单摆摆动的平面其实是没变的,但在我们看来,好像是地球并没有转动,单摆摆动的平面在转动。
  用傅科摆,我们还能真切地看到地球的转动呢!把傅科摆放在一个没有窗户的封闭房间里,然后盯着傅科摆看,就能感到傅科摆摆动平面没有转动,是地球和我们在转动。就像我们坐在火车里,看窗外相邻列车启动时,往往感觉是自己坐的车在动,启动的列车没有动。这是一种错觉,实际上自己的列车并没有动,因为向另一侧窗外看时,窗外静止的景物就会告诉我们,我们坐的列车没有动。但是在这里,完全封闭的房间把外面的参照物给挡住了,人也就会产生傅科摆没转动,是自己和地球在转动的错觉。这是因为人如果没有外界的环境作为参照的话,眼睛盯着一个运动的物体时,会感觉物体没动,自己在动。
  阿莱搅起
  轰动世界的效应
  傅科摆的故事并没有结束。莫里斯·阿莱是个著名的物理学大师,曾获得1988年诺贝尔经济学奖,他年轻的时候,非常喜欢天文物理。1954年的时候,他做了这样一个有趣的实验,这个实验持续了30个日日夜夜,这30天的时间里,阿莱一直都在巴黎实验室记录傅科摆旋转的方向和速度,想了解傅科摆是否真能忠实地反映地球的自转情况。
  巧合的是,在实验期间,正好出现了一次日食。在没有日食出现时,傅科摆的摆动很正常,每小时摆动转过的角度是一样的,对于巴黎这个位置来说,傅科摆每小时转过的角度是11.3°。但是在2.5个小时的日食期间,傅科摆的转动出现明显的异常,它的摆动平面突然反方向偏转了大约13.5°,也就是说,巴黎的傅科摆是逆时针偏转,但是日食期间,它的摆动平面却突然顺时针偏转了13.5°,并在新的平面上一边摆动,一边转动,转动的速度还是每小时11.3°。而日食即将过去时,傅科摆竟然又突然逆时针偏转13.5°,也就是说,从那13.5°的偏转面又回来了。
  怎么会出现这样的现象?阿莱不敢相信自己的眼睛,如果不是自己的实验过程有问题,傅科摆这种突然的转动好像说明:在日食期间,地球的自转出现了异常!
  于是在1959年的日食期间,阿莱又对傅科摆在日食期间的表现进行了认真观察,结果得到了与1954年时几乎同样的结果,傅科摆在日食期间的摆动面会突然偏转约13.5°。这两次重复的实验都得到了一样的结果,是不是日食期间,单摆的摆动真的会出现异常?阿莱把实验结果发表了出来,以引起以后的科学家思考这个问题,解开这个谜团。后人把傅科摆在日食期间突然偏转的现象称为“阿莱效应”。
  时隐时现的阿莱效应
  阿莱效应公布于世之后的几十年里,世界各地的研究者在日食期间进行了认真的观测。诡异的是,这阿莱效应还会时隐时现。
  在1961年和1970年的日食中,人们观察到了明显的阿莱效应。但是在1991年的日食期间,阿莱效应却消失了,观察者没有观察到任何异常。2001年和2002年的日食期间,阿莱效应又出现了,只是比较微弱,也就是傅科摆在日食期间,摆动面偏转的角度没有那么大。
  为什么阿莱效应如此扑朔迷离?是观察工具和观察过程有问题,还是阿莱效应确实会不断变化?对于这个问题,科学家不敢下结论。日食这样的条件,科学家无法在实验室里制造,因此只能等待日食出现时才能观察,这么多年来,一直都有科学家在日食出现时测试阿莱效应,也许以后长期的观察,能够给出阿莱效应的答案。
  地球快转了
  还是逆转了?
  如果阿莱效应真的存在,它又说明了什么?
  我们知道傅科摆的转动是对地球自转的显示,傅科摆突然转过一定的角度,是不是说明地球自转也突然转过了一定的角度?这么推理,我们谁都不信,如果地球突然转动,天空的太阳也会突然前进或后退,那么多人盯着发生日食的太阳看,怎么没发现太阳转动有什么异常?如果地球突然转动,我们人也会有感觉的,就像公共汽车突然启动或刹车时,站着的人会打个趔趄一样。
  既然不是地球转动出现异常,那到底是什么因素导致了阿莱效应?是不是引力异常导致的?因为日食发生时,地球、月亮、太阳在一条线上,傅科摆受到的引力会有突然的变化。这引力变化如果对傅科摆有影响的话,根据单摆的运动规律,这只会对傅科摆的摆动速度有影响,对单摆的转动不应该有什么影响。
  对于阿莱效应,阿莱自己认为是因为日食发生时,地球周围的空间中,物质分布不再对称,而是有的地方密集,有的地方稀疏,这就会影响空间的弯曲程度,从而影响了傅科摆的摆动和转动。阿莱的这个解释用到了早已被科学家排除的“以太”,一种曾经被认为弥散在整个宇宙空间的物质。但是其他科学家都不认同他的想法。
  另有科学家认为,可能是日食发生期间,地球温度和压力等会有较大的变化,这影响了地面的倾斜程度,从而导致了傅科摆相对地面的角度突然出现变化。且不说这种突然的变化是否会导致地面倾斜,如果真是这样的话,日食覆盖区域的地面相当于发生了一次地壳变动,那就相当于地震了!看来这解释也是不可能。
  阿莱效应到底存不存在?到底是什么原因导致了阿莱效应?看来,这是一个需要长久研究的谜团。
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