静止的物体保持静止，运动的物体恒定运动，是什么让宇航员飘向生命的终点？

图片编辑：Warner Bros 拍摄：Alfonso Cuarón，出自电影《地心引力》

该电影在点燃我们对人类本质种种可能的好奇心方面起到了重要作用，电影也使那些无处不在的想象比在太空遨游显得更加明显。在过去的数年内，电影就像兴趣观察员，《火星救援》和《地心引力》帮助我们想象未来，然而它们也给我们留下了一些关于它们到底有多准确的疑问。我收到了由此激发了想象的Troy Stuart，他想知道：

这是我和妻子今晚在看《地心引力》时想到的。【见下图】我的疑惑是，当极限被拉伸到接近极致，而且漂浮在太空中，为什么乔治放松时却渐渐飘走？重力在那时是相同的所以应当不成问题。我妻子认为这是因为他们在太空中是以不同的速度漂浮。我认为只有当试图改变方向时质量才会成为一个值得考虑的问题。那么，究竟是什么导致乔治在松在钩子时就飘走了？

这是一张关于这个问题的图片。

照片编辑：Warner Bros 照片出自Alfonso Cuarón，来自电影《地心引力》的海报

此时的场景是两位宇航员正经过国际空间站，极力想要接近它。其中一个索尤兹模块还在那里，降落伞已经部署好了。Ryan Stone (Sandra Bullock) 和 Matt Kowalski (George Clooney)试图抓住空间站，但是都失败了。Stone的腿缠在了降落伞的索线上面然后抓住了kowalski。但他们逐渐发现索线无法承受两个人的重量，于是kowalski解开了自己的绳索飘入了太空，逐渐远离stone和空间站。

但是在电影镜头中还有一个问题，正如Troy指出。而且这个问题也非常简单：它与牛顿第一运动定律相悖。

牛顿第一运动定律或许是最古老的人类已知物理运动定律，静止的物体保持静止，运动的物体保持恒定运动，除非有外力作用。一旦stone和kowalski被固定在降落伞绳索上，一旦绳索紧绷，不再拉伸或者是移动，他们应该都以相同的速度朝相同的方向移动。从表面上看，如果他们都保持着恒定运动，在没有加速也没有外力的情况下，在降落伞绳索上不应该有任何拉力。然而，当kowalski解开绳子时，他仍然飘走了。

照片编辑：Warner Bros 照片出自Alfonso Cuarón，来自电影《地心引力》中的海报

问题在于，外部也有外力作用。比如来自地球的《地心引力》。有一种很小却不可忽略的从海拔高处的稀薄大气的阻力。（这就是为什么在低地球轨道上的卫星需要“偶尔提升”，或者它们在大气中脱轨和燃烧。）国际空间站远比stone或kowalski要大得多，因此它也会受到更大的重力影响。但这些都不重要，因为牛顿第三运动定律，就是告诉我们F=ma的那条，告诉我们，国际空间站的加速运动，和stone以及kowalski都应该是相同的，即使他们的重量不一样。

阻力很有趣，它是由物体的密度、表层区域以及物理大小决定的，。这就是如果伽利略真的在比萨斜塔上进行了他的铁球实验（两个不同重量的铁球从相同位置落下），他就会发现重的那个球会先落地：与10磅相比，1磅铅的重量只有其10%的重力，但22%的阻力！一个更轻更小的高密度物体比如人，会承受比国际空间站更大的阻力，也因此在轨道上会更容易减缓速度。

但是不足以引起他们在《地心引力》中表现出来的效果！国际空间站高度的空气密度是很稀薄的，因此kowalski要飘走需要数月时间。事实上，一个简单的挣扎都可能把他推向航天器，使整个系绳场景失去意义。

但是还有一些别的问题，如果你把电影海报当做真理，我们还没有想过这个问题。如果把系绳场景看做是一个纯线性系统，我们注意到角度因素呢？

我们来看一看，kowalski距离stone是有明显的角度的，也同样是距离空间站的角度。是什么使它在太空中发生呢？除非空间站是在旋转的！即使它只是在轻微的旋转，如果一次踏足或者碰撞优先在空间站的重力中心发生（正如电影里那样），会发生什么呢？如果你在一根绳索上面旋转一个球，然后啪的一声弹一下绳子，你会发现球是直线式飞走的。

图片编辑：public domain 由WJ百科用户Brews ohare拍摄

在太空中，这种旋转可与很慢很慢以至于它在相机镜头里很难不被察觉。但是只要做到以下几点就够了：

1.把绳子系紧。

2.预设置重量更大最后挣断系绳的风险。

3.如果重量即将脱离（比如像kowalski一样放开），它将摆脱自己的惯性，远离被束缚着的重量。

因此，Troy，你是对的，为了把绳子系紧，我们确实需要加速，因为人们的重量有挣断降落伞系绳的风险，而且kowalski也可以在解掉绳子后真正向前移动。这种加速可以是受外力影响也就是改变你速度的因素，也可以是旋转运动，也就是可以改变方向的运动。基于我们在电影里所见，接下来是方向的改变，小小的改变但是足以使电影继续下去。

或许我看电影的方式不是大多数科学家那样的，我不会去寻找缺陷或漏洞或方法来宣称，“那是不可能的！”我试着在我的脑海中寻找一种在物理法则内让它变得可能的方法，并且我认为我已经找到了一种，因此我会继续下去。在《火星救援》中旋转也起到了很重要的作用，而且事实上当Matt Damon在他的太空服的手上掏了一个洞朝着救援飞去时，我几乎想要朝着他喊出来。我不能理解他为什么不把手靠近他的质心以更好的掌控自己！

总之，一位像kowalski一样老道的宇航员应该知道要最后做一下挣扎以将自己带入空间站，除非空间站的旋转比相机角度展示的还要强烈，使挣扎成为不可能。但是除非存在某种加速，导致旋转成为唯一一个选择，他就没有原因飘向死亡。因此这就是解释。或者，有人重视情节、故事和收益高于科学，他们只需要一位没有判断能力的天体物理学家跟随，并给他们一个准确的解释！

参考资料

1.维基百科全书

2.天文学名词

3. Ethan Siegel-forbes-X

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