一颗小小螺母引发的奇怪现象,为何被当做毁灭地球的机密?

百家 作者:最黑科技 2022-03-16 22:14:15

你眼前所看到的现象,曾被苏联当做能够毁灭世界的机密,雪藏了十年之久,直到前苏联解体,才出现在世人面前...



它就是贾尼别科夫效应!一种物体在空间中旋转时所产生的奇怪现象~~



这还要从上个世纪60年代说起,1969年7月,美国人阿姆斯特朗首次登月成功,这也深深刺激了当时世界上另一位霸主——苏联



于是,在同美国竞争登月失败后,为了在下一轮的太空竞赛中获得主动,前苏联决定全力以赴发展空间站计划,礼炮计划由此诞生。


从1971年4月19日发射了世界上第一个空间站“礼炮1号”后,前苏联陆陆续续共发射了7座礼炮号空间站...



然而,“命运总是爱捉弄人”,礼炮7号虽然有着当时世界上最复杂精湛的航天技术,依旧在1985年的2月11号发生了系统故障,导致了失联...



这不同于张三的手机没电或没信号了,充电或到达安全区域就能在联系上,在遥远的太空之外如何救援?而且后面还有美国在虎视眈眈,想秘密对空间站进行拦截,从中获取前苏联的绝密技术...



于是,前苏联毅然决定派出两名孤单英雄“弗拉基米尔·贾尼别科夫”和“维克托·萨维尼赫”,乘坐联盟T-13前往失联的礼炮7号空间站进行抢修...


(左)萨维尼赫(右)贾尼别科夫


就在维修空间站的电力系统时,贾尼别科夫发现了一个神奇现象,让他惊出了一身冷汗...


他发现,由于在太空中没有重力,一颗螺母被拧下来后,保持原有的姿态在空中持续旋转,但转着转着,突然开始“抽起疯来”...原本绕着中心轴转动的方式,自动发生了180度颠倒。不一会儿又恢复到之前的旋转方式,并一直处于两种旋转状态之间做周期运动...



这个连牛顿第一定律都无法解释的奇怪的现象,让身为航空从业者的贾尼别科夫细思恐极...


他第一时间便联想到自转的地球,倘若有一天也来一次不稳定的180度大旋转,那么后果恐怕不堪设想...



事关重大,况且彼时美苏争霸正进行到最焦灼阶段,于是贾尼别科夫没有向外界公开自己的新发现,而是选择了保密...



难道贾尼别科夫观察到的奇怪现象,真的是一个“大杀器”?会给地球带来毁灭性的灾难?



直到1991年,一个小小的网球拍最终解开了谜题,数学家们从欧拉动力学方程中,推导出了其定理,并发表了一篇论文《扭转的网球拍》,从根本上破悉了贾尼别科夫观察到奇怪现象的真正原因...



众所周知,当一个刚体存在于空间中时,一定会存在XYZ三个互相垂直的对称轴...



网球拍也是同理,因此它可以绕着三个不同的主轴旋转...



而当我们把网球拍沿着三条主轴向空中抛掷时,奇怪的现象就来了...


无论是沿着转动惯量最大的Z轴,或是转动惯量最最小的Y轴抛出时,网球拍旋转的方式都是稳定的。


沿着转动惯量最小的Y轴抛出

 


沿着转动惯量最大的Z轴抛出


但当我们把网球拍沿着X轴向空中抛掷时,网球拍虽然绕着中间的主轴旋转,但可以发现,网球拍的拍面发生了像螺母那样的倾斜式翻转...


网球拍抛出时是A面

而落回到手中时却是B面...


这也就是著名的「贾尼别科夫定理」,即一个刚体绕着它转动惯量最大的主轴,或转动惯量最小的主轴旋转时是稳定的,而绕着中间轴旋转时,则是不稳定的。



失重状态下旋转的螺母,简直可以算得上该定理最完美的模型了,而论文中利用网球拍作为模型,也可以说是深入浅出地证明了其正确性,后来陶哲轩和费曼也都曾对其进行过论证~



尽管贾尼别科夫离真相差的还远,不过介于他是首位发现者,该定理依然以他的名字命名,亦被称为中间轴定理或网球拍定理。



感兴趣的朋友可以将书本,分别绕着三个空间轴的方向抛出去,看看会有什么结果~(千万别用你的手机做实验哈,别问我为什么~~我是过来人)

后来各国宇航员在太空中

都重复了这个贾尼别科夫效应

有的用一本书


有的用一个把手


那么说回到贾尼别科夫的猜想,是否有迹可循呢?是否可以当做能够毁灭世界的机密?

实际上并非如此...虽然从宏观上考虑,地球受力轻易不会变形,算的上是刚体...


但实际上,地球压根就不是刚体,微观的看地球表面有海洋,内部还有液态的岩浆等物质,这就使得地球只能绕着转动惯量最大的主轴旋转,这也符合物理学定律中的最小能量原理。同时,由于地球边上还有一个月球的存在,月球还能通过引力稳定住地球的自转轴。


因此,这和贾尼别科夫定理中要求的刚体大相径庭... 而非刚体在旋转时,只会按照转动惯量最大的轴稳定旋转,就像装了一半水的瓶子,被抛在空中,永远不会发生翻转,会一直保持稳定旋转...



同理,地球会一直保持稳定旋转,假设真有外力强行改变稳定旋转,地球也会自己去寻找转动惯量最大的轴恢复稳定原状态...



即使在过去的数十亿年,地球确实发生过180度翻转,达到一百余次,但是大家大可不必担心,这种翻转并非传统意义上的贾尼别科夫式的翻转,可以说是一种别的因素引起的,而且翻转起来十分缓慢,基本不会感觉到...

最后一起来看看视频,更多了解一下~

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