為甚麼我們看到的世界，取決於我們觀察的視角？神奇的科里奧利力

為什麼說我們所看到的世界 取決於我們所觀察的視角 假設你乘坐一艘宇宙飛船 為了更好地模擬出地球的重力 需要在飛船上安裝一個離心機 使我們在受到離心力的影響下 向外側排斥 從而形成了一種重力的感覺 當輪盤在轉動時 我們也會隨著輪盤一同旋轉 這時從口袋中拿出一個小球 小球則會在你的牽引下沿著圓周運動 根據牛頓第一定律 任何物體都要保持勻速地直線運動 直到外力迫使其改變運動狀態為止 所以一旦你放開小球 它就會繼續保持原來的運動狀態 直至碰到邊緣處才會停下 而對於飛船中的我們來說 小球似乎是受到離心力的影響而向下墜落 其實這是由於物體的運動規律 在不同的參考系下所產生的差異而已 假設我們將小球向上拋出 會看到它依舊會沿著直線向前運動 但對於我們來說 小球會受到離心力而回落 並且看上去似乎偏離了原有的軌道 最終落在我們的前方 如果將其拋得越高 下落的距離就會越遠 但問題是 僅靠離心力並不足以描述小球的運動 必須還有一種虛擬的作用力 才能使小球在空中移動時發生偏移 這就是科裏奧利效應 為了進一步解釋這一現象 從外部看 當輪盤轉動時 每個點都會沿著圓形軌跡運動 距離中心點越遠的地方 其速度就會越快 因為它必須移動更長的距離 此時在我們手中的小球 也會以適當的速度做圓形軌跡的運動 向上拋出後 當小球逐漸靠近旋轉軸時 應該以相對緩慢的速度跟隨轉盤旋轉 但由於其原本的速度 要快於輪盤旋轉的速度 從而使我們的視角發生了偏移 最終落在我們的前方 不僅如此 身處轉盤內的我們 同樣也能感受到科裏奧利效應 當我們的腳比頭移動的速度更快時 就會感受到轉盤的旋轉狀態 同時還會伴隨著懸淵和失衡的出現 所以 如果我們想用這種方法來模擬重力 就必須要建造一個足夠大的離心機 這樣才能忽略科裏奧利效應對我們的影響 同樣 它也適用於地球的尺度 在地球上 我們無時無刻都會受地球的自轉影響 而不斷地運動 靠近赤道的移動速度 會明顯快於兩極的速度 假設我們向空中發射一枚炮彈 由於地球在彈道的軌跡下方自轉 使我們在旋轉的地表上進行測量時 會看到它的軌跡發生了彎曲現象 同時 科裏奧利效應也適用於地球的大氣運動 越是靠近赤道的區域 空氣流動的速度就會越快 當風向遠離赤道時 由於其依舊保持著初始的運動速度 因此會快於地球的自轉速度 而這種速度差 也導致了其旋轉運動的狀態 從而解釋了 為什麼颶風在南北半球 會以兩種不同的方向旋轉 不僅如此 科裏奧利效應也影響著我們對重量的感知 由於地球自轉所產生的離心力 對於我們而言 有排斥作用並與重力相抵觸 從而減輕了我們的自身重量 如果地球自轉的速度越快 離心力就會越強 我們就會感覺身體更輕盈 假設有一列火車在赤道上 沿著地球的自轉方向行駛時 它的運動軌跡 將與地球的自轉方向疊加在一起 使火車看上去移動速度更快 並會在受到更強的離心力下 也會使整個車身更加輕盈 反之亦然 這就是鄂特-沃什效應 作為科裏奧利效應的特例 它向我們展示了地球物體的重量 是如何取決於它的運動方式 而神奇的科裏奧利效應 也並非是真正意義的力 它只是一種慣性效應 當我們從相對於旋轉的視角 進行測量其軌跡時便會出現 使我們可以更好的理解 離心機中的運動狀態 大氣中的彈道軌跡 颶風的循環 以及地球上所有運動物體的重量等 它影響著我們的觀察和體驗 不僅使我們感受到物理學的巨大魅力 更是塑造著我們所處的環境 以及命運的最終走向