一个常见的物理现象，困扰科学家数百年的时间，至今都无法解释

来源：星空承载梦想　2023-03-07 12:27:58

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地球是一颗美丽的蓝色星球，在地球上生活着很多生物，有海洋生物、有陆地生物、有两栖生物和微生物等等，人类是地球上最有智慧的生命，根据达尔文的进化论我们能够知道，地球上的生物都是由简单生物进化而来的，由最初的单细胞生物进化为多细胞生物，由多细胞生物进化为海洋生物，由海洋生物进化为两栖生物，由两栖生物进化为陆地生物，人类就是由陆地生物猿类进化而来的，在200多万年前，猿类生物生活在地球上，当时地球上还生存着很多其他的生物，猿类生物为了能够长久的发展下去，于是它们选择了群居生活，这样既能够有效的抵抗外来侵略者，还能够促进大脑的发育，由于猿类生物长期在一起生活，所以猿类的大脑变得越来越聪明，最终成功进化为人类。

人类从诞生以后就开始不断的探索世界的奥秘，为了能够更好的了解世界，人类发明了很多先进的交通工具，比如说汽车、自行车、火车、飞机、火箭等等，这些先进的交通工具给人类的出行带来了很大的便利，尤其是自行车，自行车的发明对人类出行起到了非常重要的作用，它是人类近代社会最常用的交通工具，也是人类最成功的人力机械之一，早在1790年，法国科学家将两个轮子装在木马上，人骑在上面就能够用脚蹬地前行，当时人类把这种装置称为是木马轮，后来到了1816年的时候，德国的冯德赖斯男爵发明了有车把可控制方向的木轮车，并且在1818年的时候获得了专利。

在1861年的时候，法国米肖父子发明发明了前轮大后轮小、前轮上装有曲柄和能够转动的踏板的自行车，并于1867年的实惠在巴黎博览会上展出，在1886年，英国工程师为自行车装上了前叉和车闸，让前后轮的大小相同以保持平衡，并用钢管做成了菱形车架，基本和现在的自行车一致，如今自行车已经成为了家喻户晓的出行工具，现在自行车的种类非常多，有山地自行车，普通自行车，死飞车、小轮车、旅行自行车、折叠自行车等等，对于不同的人群，自行车的种类也是不同的。

【资料图】

虽然现在很多人都会骑自行车，但是大家有没有想过一个问题，就是为什么自行车能够保持平衡？对于这个问题，科学家们也非常感兴趣，而且很多科学家将自行车组装、拆分，目的就是为了研究自行车平衡的原理，为此，在1897年的时候，法国科学院还为自行车稳定运行问题设立了专门的奖项，奖金非常高，在之后的时间内，不断有科学家挑战这个奖项，但是最终挑战者都失败了，有一些科学家认为自行车能够保持平衡，主要是因为惯性，发现物体具有惯性，代表着现代物理学的开端，这件事情从伽利略开始奠基，到牛顿出现以后完成了经典物理学的高楼。

科学家认为，物体不会自己动起来，这种保持静止不动的惯性是很好理解的，当物体可以始终保持在匀速直线运动状态之下，就很不符合常识，惯性是物体保持原来运动状态的特性，是物体的固有状态，而质量是惯性的唯一度量，这是现在对惯性的定义，惯性定律是牛顿第一定律的基石，也被称为是第一原理，在19世纪的时候，马赫并不满意这个概念，它认为惯性不是物体自身的固有属性，而是宇宙中其它物质作用的结果，在非惯性系中，物体所受到的惯性力不是虚拟的。而是一种引力的表现，是宇宙中其它物质对它的总作用。那么什么是引力？

著名的物理学家牛顿认为，引力和时间没有关系，它是超距作用，瞬间完成的，而空间和时间也没有关系，两者都是分开的，牛顿认为时间和空间都是刚性的，对于任何人来说都是一样的，这也被称为是牛顿的绝对时空观，后来爱因斯坦出现以后，提出了狭义相对论，在狭义相对论中，爱因斯坦统一了时空和空间，他认为时间的间隔也就是钟的运动和空间的长度都会因为运动而发生改变，这也被称为是钟慢效应和尺缩效应，后来爱因斯坦又提出了广义相对论，在广义相对论中，他认为惯性力适用于平直的四维时空，而引力的时空则是弯曲的四维时空。

牛顿和爱因斯坦都被称为是人类历史上最伟大的科学家，不过他们对引力的理解却是不同的，简单来说就是，爱因斯坦的观点告诉我们，物质告诉时空怎么弯曲。时空告诉物质怎么运动，后来经过科学家的多次实验，科学家发现在远低于光速的前提下，牛顿的万有引力定律能够解释一切物体的运动，但是当物体的飞行速度达到光速或者超越光速时，牛顿的万有引力定律就是出现误差，这个时候就需要用到爱因斯坦的相对论，在光速情况下，相对论能够准确的解释物体的运动，可以说两者都有各自的优点。

而惯性就是对物质不停地在时空中运动的体现，是对物质存在形式的体现，物体就是这样存在的，因此物质具有这样的惯性，那么自行车能够保持平衡仅仅是因为惯性吗？如果是惯性，那么静止的物体也是有惯性的，但是如果自行车静止以后，不将支架放下了，自行车也会摔倒，所以有很多科学家认为，自行车能够保持平衡不仅仅是因为惯性，它还应该拥有陀螺效应，相信我们很多人在小的时候都玩过陀螺，陀螺效应是旋转物体即使在存在外力的情况下，也能够保持其旋转轴的趋势，这种效果能够通过陀螺的旋转或者旋转的自行车车轮的旋转来证明。

当我们骑着自行车行驶时，自行车的车轮在不停的转动，就会产生陀螺效应，有助于保持自行车的平衡，车轮旋转的速度越快，自行车就会变得越稳，这就是为什么自行车在高速行驶时要比低速行驶时更容易保持平衡的原因，不过如果仅仅是陀螺效应的话，也不足以让自行车一直保持平衡，毕竟如果没有人控制前方，自行车也是会摔倒的，除了陀螺效应之外，科学家认为还应该存在离心力效应，什么是离心力呢？现在我们都知道，任何有质量的物体都是有引力的，我们的地球对地面上的一切物体都会产生引力，根据牛顿的万有引力定律我们能够知道，物体的质量越大，它的引力就越大。

在太阳系的八大行星当中，太阳的质量占到了太阳系总质量的百分之99.86，剩下的八大行星和其它物质占到了太阳系总质量的百分之0.14，从占比上来看，我们就能够知道太阳的质量是最大的，由于太阳的质量很大，所以太阳能够产生足够的引力，这样使得八大行星和其他物质都必须朝太阳靠近，不过八大行星和其它物质为了不被太阳吞噬，于是它们不停的自转和公转，自转和公转能够产生离心力，离心力和引力相互平衡，所以八大行星能够稳定的围绕太阳转动，而自行车能够前进和离心力也是有关系的。

当自行车朝一侧倾斜时，骑车的人就会将前轮转向同一侧，由于前轮转了一个角度，自行车就会沿着倾斜测的圆周进行运动，这时候离心力像圆周外，就会将自行车扶正，在1948年的时候，美国力学家铁木辛科和杨在他们所著的《高等动力学》中，对自行车的稳定性问题作出了离心力效应的解释，不过尽管如此，还是有很多人认为，自行车能够保持平衡，不仅仅是因为离心力，自行车能够保持平衡行驶，除了各种力的作用外，还有很多技巧在里面，比如说骑车人的技术，对于骑车人来说，他对平衡的掌握很强，自行车就能够保持平衡行驶，像有的人平衡感很差，那么他们骑上自行车之后就会摔倒。

为了解释自行车平衡的原理，科学家们也是想尽了一切办法，还有的科学家认为是多重效应叠加在一起的原因，在2011年的时候，《科学》杂志刊登了一篇名为《一辆自行车可以不借助陀螺或脚轮效应而保持平衡的论文》，为此他们专门设计了一款没有陀螺效应和脚轮效应的自行车，这辆自行车包含了车身、前叉、前后轮等必备因素，经过测试之后，他们认为自行车重量分布对平行来说起到了非常重要的作用，尤其是自行车的前面，能够极大程度的影响自行车的稳定性，几百年来，科学家一直对自行车平衡非常感兴趣，虽然自行车对于我们普通人来说，是一件在正常不过的东西，但是对于科学家来说，它身上隐藏了很多秘密。

除了一些主流观点之外，还有一些人认为，自行车能够保持平衡是因为夹角作用，有的人指出自行车的车把手和前车轮当中的垂直线之间是有家教的，这一夹角消弱了倾倒的倾向，不过这也是基于自行车前后重心的不同，他们认为在自行车后轮的多个装置产生的重量会使得后轮的重心变低，前轮一旦有倾倒的情况，就会传递个后轮，这种夹角在自行车的平衡当中起到了非常重要的作用，虽然不同的科学家对自行车的平衡原理提出了很多说法，这些说法有具有一定的道理，但是没有一个理论能够完美的解释这个问题。

既然如此，那么就说明在这个世界上，一定还存在人类没有认知到的物理盲区，这就好比我们的物理学，从人类诞生以后，人类就在不断的探索世界的奥秘，从西方哲学的开始，到哥白尼的日心说、伽利略、牛顿、薛定谔、爱因斯坦、霍金等等，这些伟大的科学家给人类科技发展起到了非常重要的作用，不过即便如此，目前人类对世界的认知还是有限的，就目前为止，人类的物理学还存在很大的漏洞，我们看似已经解决了所有的问题，但其实我们离解开世界的奥秘还差的很远，目前相对论和量子力学已经成为人类物理学两大支柱。

即便是这样，科学家现在也无法将相对论和量子力学融合在一起，在我们的宇宙中存在四大基本作用力，分别是引力、强相互作用力、弱相互作用力、电磁力，在量子力学中，强相互作用力、弱相互作用力、电磁力都能够完美的解释，但是量子力学无法解释引力，引力只能够用经典力学和相对论来解释，但是经典力学和相对论无法解释强相互作用力、弱相互作用力和电磁力，虽然一个是解释宏观世界的，另一个是解释微观世界的，但是按理来说，宏观世界和微观世界其实都是一样的，它们都隶属于同一个世界，无数的微观粒子能够组成我们看到的宏观世界。

所以微观世界和宏观世界应该能够用同一套理论来解释，目前人类的物理学还无法做到，这说明人类的物理学还存在漏洞，而这仅仅是人类已知的漏洞，在我们的世界上，一定还存在很多我们不知道的物理知识，如果我们能够将世界上所有的物理知识全部破解，那么我们早就已经飞出太阳系，解开宇宙的奥秘了，在浩瀚的宇宙中，隐藏着很多我们不知道的奥秘，不过小编认为，人类是地球上最有智慧的生命，人类的科技在不断的进步和发展，未来随着人类科技的进步，说不定人类能够解开自行车行驶的奥秘，希望这一天能够早日到来，对此，大家有什么想说的吗？

关键词：保持平衡爱因斯坦陀螺效应

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