地球进动实验

24．万有引力与时空弯曲

一．实验目的

1．观测钢球运动，掌握开普勒定律

2．利用曲面模拟引力势能曲线

3．通过钢球运动模拟动能与势阱的作用

4．直观理解广义相对论——引力源于弯曲

5．观测理解“弯曲时空”导致近日点进动

二．实验仪器

实验在大型双曲面组成的漏斗状玻璃钢制的槽中进行。槽下贮存有钢质球若干。实验者摇动手柄十余圈，带动齿链，再经齿轮箱传动来转动凸轮，依次向上推出钢球，并使其在曲面上作椭圆运动，并形成进动。

三．实验原理与内容

１）开普勒定律验证

２）势能曲线：ａ．引力势能；ｂ．重力势能

３）引力势阱与动能

４）引力是“弯曲时空”的表现

５）近日点的进动原理

1．开普勒定律验证观测： 关于行星运动的开普勒 第一定律指出：行星轨道是椭圆，太阳位于其中一个焦点上。第二定律指出：行星对太阳的径矢，在相等的时间内扫过相等的面积（图1）。

九大行星是在以太阳为核心

的平面上沿着椭圆轨道周期地运

动着。由于引力的方向在任何时刻

总是与行星对于太阳的径矢方向

相反而平行，所以行星所受的太阳

引力之力矩，对太阳为心而言，恒

等于零。亦即行星对太阳的角动量

将保持不变。

ααSin dt dr mr

mvrSin L == t

Sin r r m t ??=→α

0lim dt ds

m t s

m t 2lim 20

=??=→ 其中△S=1/2（r ?△r ? Si nα），是r 和△r 组成窄三角形的面积（△r →0时，Sinα→1）。

图1

dt ds 是行星对太阳的径矢在单位时间内扫过的面积，称为行星的掠面速度。L 不变，即d dt ds 不变。所以，角动量守恒定律 直接就导出了开普勒第二定律，见图1。

开普勒定律是在对行星运动的长期观测与大量的数据积累基础上才总结出来的，它为牛顿定律奠定了坚实的实验基础与理论基础。因此，牛顿才说他是站在了巨人的肩膀上，才会有新的发现。

在本实验中，可以观察到钢球的椭圆运动，可以观测其径矢的掠面速度，从而验证开普勒第二定律。

但是，要注意，钢球并不是在平面上运动。由于双曲面拟合了引力势能曲线，曲面就代表了引力作用。所以，钢球运动在初期，近似在平面上运动，可以明显看到掠面速度相等、椭圆运动的周期相同。中期，椭圆运动周期缩短，但是相同时间掠过的总面积依然相同。后期，钢球运动仍然符合开普勒定律，只是更难以与初期的钢球运动来作比较，需重复观测、体验。

“如果说我比多数人看得远一些的话，那是因为我站在巨人们的肩上。”

牛顿（Isaac Newton ,1642-1727）

2. 势能曲线

①引力势能曲线（图2）：引力是保守力，可以

引进势能概念。即引力作功与路径无关，只取

决于两质点的始末相对位置（即位形）。这个由

位形决定的函数即称为系统的势能函数。

ab a b pb pa A r m m G r m m G E E =-=-2121

若规定r b →∞时，E pb =0。当m 1、m 2两质点相距

r 时，其引力势能为：

r m m G

E p 21-=

其中负号表达的意义是：两质点从相距r 的位形改变为零势能位形的过程中，引力总是在作

负功。

本实验仪中的大面积由双曲线旋转而成的漏斗状的

曲面，就是拟合了引力势能：r m m G

E p 21-=，形成了一

个引力场模拟。②重力势能曲线（图3）：重力是万有引力

现象的特例，是物体m 与地球M 组成的系统，在地球表面

附近区域的相互作用。

a b pb pa r mM G r mM G

E E -=- 若规定 r b

= R 时，E pb = 0。

图2.引力势能曲线

图3

当r a = R + h >R 时，其引力势能为： h R mM G R mM G E pb +-= )11(h R R GmM +-= h R mM G h R R h GmM 2)(?+=

取重力加速度：g = G M / R 2 ，得到重力势能：E p = m g h ，重

力势能曲线为斜直线（图4），其实它只是引力势能曲线中的某一小段而已。

3. 引力势阱与动能

势阱：实验中，曲面空间就表征着引力的作用

r m m G F 21=。钢球在漏斗状双曲面上运动，虽有一定的动能221mv E k =，但却不足以脱离该曲面。不论转动多少圈，最终总是陷落在

阱中，这正是引力势能

r m m G Ep 2

1=的势阱作用，由曲面表达（图5）。

宇宙速度：如果在实验中使钢球具有足够

的动能，则有可能克服势阱，维持椭圆运动，或

是逃逸出曲面空间。

以这样的引力势阱—曲面，也可模拟环绕

地球的卫星运动或环绕太阳的行星运动，及脱离

他们的条件—逃逸速度。

第一宇宙速度v 1—物体维持其不停的绕地

球表面附近作圆周运动所必需的最小速度。

由牛顿第二定律：mg R v m ma F n ===21,可求得：

s m Rg v /10*9.731==(R=6.4*106m)

第二宇宙速度v 2—物体从地面出发，并能逃脱地球的引力作用，进入太阳系，所需的最小发射速度。

0021)(21222=+=-+∞mv R mM G mv

s m gR R M G v /10*2.112232===

第三宇宙速度v 3—是物体挣脱太阳的万有引力，脱离太阳系，所必需的最小发射速度（对地球而言）v 3=16.7×103m/s

4.引力是“弯曲时空”的表现—广义相对论的论点

广义相对论的基本论点是：引力来源于弯曲。正是太阳或曰其质量，引起或迫使其周围的空间发生了弯曲（或者说产生了引力）。正是“空间弯曲”影响着行星和光的运动。使它们不是按照牛顿力学所描述的方式，而是不得不按照现在实际存在的方式运动。

我们按照广义相对论的思维，可以认为太阳对行星和光并不存在任何直接的力的作用；太阳只是使其附近的时空发生了弯曲，而陷入这个弯曲时空的行星和光，只是沿着这一弯曲

图4 图5

时空中所可能的“最短”的路线而运动，但其效果却与引力的作用相同。所以，爱因斯坦的表述，就是与物质有相互作用的、动力学的、弯曲时空的几何学。

本实验就是试图以曲面空间几何体代替经典物理学中常说的引力作用。钢球在曲面空间的几何约束下，所走的“最短”路线—椭圆轨迹，正与行星受太阳引力作用所形成的行星轨道相吻合。以此，可以佐证：引力确实只是“时空弯曲”的表现而已。

5. 近日点的进动—广义相对论的论据

地球绕太阳运行的椭圆轨道中，二个焦点很近，近似圆形。而水星离太阳最近，引力作

用最强，椭圆轨道的二个焦点分离最远。太阳位

于其中一个焦点上，因而轨道上有近日点和远日

点（图6）。

奇怪的是，水星的近日点有不寻常的进动现

象：椭圆轨道的长轴方向，在空间不是固定不变

的，在每100年中会偏转5601″（秒，角度），

即231.387世纪就沿进动方向会绕太阳转一圈，

也称为近日点的进动（图7）。

以牛顿理论计算出太阳系所有行星对它的

影响后，还差43″，这与观测值有偏差。而此前，很少有某种理论能够和万有引力定律的准确性相比。1845年莱弗里测出了水星的进动速度，从而质疑牛顿力学的正确性开始了。1915年爱因斯坦引入“空间弯曲”来计算，完全相符合，1916年就发表了广义相对论。

几个行星的近日点进动

行 星

观 测 值 广义相对论计算值 水 星

43.11″±0.45″/100a 43.03″/100a 金 星

8.4″±4.8″/100a 8.6″/100a 地 球

5.0″±1.2″/100a 3.8″/100a 伊卡鲁斯小星 9.8″±0.8″/100a 10.3″/100a

水星进动现象是“空间弯曲”的最有利证据，成为广义相对论的有力支柱。近年来关于PSR1913+16脉冲双星近日点进动现象，测得值更明显，其值为4.226621(11)°/a ,该数值不但

符合广义相对论的理论计算，而且比行星的进动值大许多倍。

异常进动现象只能用“空间弯曲”来解释：由牛顿理论指

出水星受太阳引力作用，只可能在平展空间作椭圆运动。按照

广义相对论的解释，太阳周围的空间被弯曲成凹形的曲面。恰

似把化学滤纸画上一个椭圆，再折成浅凹漏斗状，原先画在滤

纸上的椭圆必将变形，轨迹必然出现脱轨交叉（图8）。同样，

水星在弯曲空间中，也不再进入原来轨道，而是经过交叉点进

入下一个新的椭圆轨道，不断发生进动。本实验仪，给出了一

个弯曲空间—双曲面。钢球的椭圆轨道必将在弯曲空间作用下，

形成显著的进动。我们可直接观测其椭圆长轴方向的进动现象。

强烈弯曲的时空，表征强大的引力作用，必会引起显著的进动

现象。进动现象就是时空弯曲—广义相对论的有力证据。本实

验将帮助你理解并接受：弯曲时空必将导致的是近日点进动和

光线弯曲等广义相对论现象。

图6行星轨道是固定椭圆 图7水星的椭圆轨道在移动 图8

四．思考题

1．既然重力势能曲线是引力势能曲线中的一段，为什么会过零点？

2．如果要用曲面表征重力的作用，实验用的曲面应做成什么形状？为什么？

3．这个漏斗状曲面的方程是什么？与万有引力有何关系？

4．引力可由加速度等效，引力如何与时空弯曲联系？

5．近日点进动说明了什么？为什么会形成进动现象？

6．引力的本质是什么？

吕美安编

质疑爱因斯坦的中国人

2005-3-15

转自科技日报朱钟泉傅秋瑛

章钧豪预期：轨道（短程线）效应陀螺进动率4409.6毫弧度秒／年，地球自转（坐标拖曳）效应进动率0毫弧度秒／年

2004年4月20日，一颗名为GP－B的卫星从美国加州范登堡空军基地成功升空。这颗卫星的使命是测试爱因斯坦在广义相对论中两个重要的预测是否正确。从卫星升空的那一刻起，等待18至24个月以后，本次实验的结论就会一目了然。这是一次非凡实验，它关系到整个宇宙学理论基础，甚至全人类时空观念是否得经历一次根本性变革。

与美国宇航局和斯坦福大学大批热切关注GP－B的科学家一样，在大洋彼岸的一隅，有一位年近7旬的中国老人也为GP－B的发射激动不已，这位老人经过数十年的研究，斗胆提出了“爱因斯坦广义相对论导出的基本两个公式全都错了”的结论。究竟是大名鼎鼎的爱因斯坦正确，还是声名不显的中国老人正确？本次实验结论将为这场“引力理论的大搏斗”画上一个圆满的句号。

这位中国老人叫章钧豪，1936年出生，广东汕头人，1954年从金山中学考入中山大学物理系，毕业后长期从事理论物理研究和教学，退休前任汕头大学物理系主任、教授。

从1980年起，章钧豪就根据国外有关科学观察、实验的结果和最新变化，开始了对引力的理论探索，他以“时空是平直的”为基础，提出了一个新的引力理论———狭义相对论引力理论，其基本公式使用了P、R、C三个符号代表英文缩写的中华人民共和国，以此纪念伟大的祖国，有人称之为“中国公式”。1990年至1995年间，章钧豪相继在著名的《国际理论物理杂志》发表了5篇论文，比较系统而完整地阐述他在引力方面的理论研究成果。

GP－B（B型引力探测器）卫星从酝酿、研究、制造到发射升空，历时长达45年，耗资7.5亿美元，被美国宇航局前任首席科学家法兰克?麦克唐纳博士称作是“新千年美国宇航局将完成的最富挑战性的实验”。

爱因斯坦认为引力是时空弯曲引起的。时空是否弯曲，是自然科学的最基本问题，它影响着人们对宇宙的认识。此外这个问题有重大军事价值。据悉，美国曾几次发射探测火箭，结果在理论计算预测的区域内找不到它。火箭离开大气层后依靠火箭推力和地球引力运动，如果引力理论错了，当然就不能正确预见

火箭的运动轨迹。正是为了弄清引力实质，美国航天局才花巨资和40几年的努力来制造这颗GP-B卫星。

美国航天局根据爱因斯坦理论算出实验的一组预期值。章钧豪根据他的引力理论求出实验的另一组预期值。实验结果与谁的预期值一致，谁就是胜利者。

章钧豪认为，爱因斯坦的“短程线公式”实质上是假定引力中除了牛顿引力外还存在一个与速度有关的径向附加引力。此外由“短程线公式”直接得到爱因斯坦的能量变化是牛顿能量变化的两倍。“沿径向方向的附加引力”和“爱因斯坦能量变化”是解释“行星近日点移动”和“光偏折”的前提。在“光的引力红移”实验中有两个方面，频率的变化和能量变化。广义相对论能解释频率变化，但却不能解释能量变化。实验结果只找到牛顿引力产生的能量变化，没有径向附加引力所产生的能量变化，爱因斯坦设想的附加引力不存在，爱因斯坦的能量变化是不正确的。问题的严重性还在于；这两点恰好是解释“行星近日点移动”和“光偏折”实验的前提，前提被否定了，这个解释还是正确的吗？所以三个基本实验中最多只有“半个实验”支持广义相对论。所以说，整体上实验不支持广义相对论。

理论之间的大搏斗最终将依靠实验的结果来判决。据了解，GP－B的实验结果主要将由两个值来体现：一个称为“短程线效应陀螺进动率”（章钧豪称之为“轨道效应陀螺进动率”），另一个是“坐标拖曳效应陀螺进动率”（章钧豪称之为“地球自转效应进动率”）。章钧豪对这两个数字的预测值分别是4409.6毫弧度秒／年和0毫弧度秒／年。而这两个预测数字跟美国专家根据爱因斯坦理论公式算出来的预测数字有着很明显的区别。

GP－B实验的结果就要见分晓了。爱因斯坦和章钧豪哪一个人正确？美国人花了7.5亿美元、费时45年制造出来的这颗GP－B卫星会不会用来证明一个中国人理论是正确的？实验与实验之间存在内在联系，由广义相对论不能解释“光引力红移”的能量变化可以推知GP-B实验中不会出现爱因斯坦预期值，出现章钧豪预期值的可能性极大。章钧豪认为：我的引力理论和预期值都属于国家和民族的，我热切希望得到政府和人民的支持。

20世纪人类3项最伟大的成就是：相对论、量子力学和混沌理论。量子力学存在这样的问题：含时微扰级数的任意项是怎样？含时Schrdingr方程(和相关方程)的准确解是怎样?用含时微扰级数的前有限阶近似解之和代替准确解所产生的误差是多少？这是20世纪物理理论的最重大悬案。章钧豪用严格数学推导找出这个悬案的答案并指出：在量子力学关心的能量守恒邻域内，含时微扰级数是发散的,用前有限阶近似解之和代替准确解将导致无穷大误差，量子力学关于状态随时间变化的一切理论结论都是以这个无穷大误差作为前提的,所以在数学上是错误的，因此Fermi黄金定则不是Schrdinger方程在数学上合理的推论；其次Schrdinger方程的准确解导出的跃迁几率并不能描述跃迁过程，量子力学基本方程不能用来说明微观范围内电子运动状态随时间的变化。人们应该建立新的理论描述原子物理的实验结果。

地球自转

地球存在绕自转轴自西向东的自转，平均角速度为每小时转动15度。在地球赤道上，自转的线速度是每秒465米。天空中各种天体东升西落的现象都是地球自转的反映。人们最早利用地球自转作为计量时间的基准。自20世纪以来由于天文观测技术的发展，人们发现地球自转是不均的。1967年国际上开始

建立比地球自转更为精确和稳定的原子时。由于原子时的建立和采用，地球自转中的各种变化相继被发现。现在天文学家已经知道地球自转速度存在长期减慢、不规则变化和周期性变化。

通过对月球、太阳和行星的观测资料和对古代月食、日食资料的分析，以及通过对古珊瑚化石的研究，可以得到地质时期地球自转的情况。在6亿多年前，地球上一年大约有424天，表明那时地球自转速率比现在快得多。在4亿年前，一年有约400天，2.8亿年前为390天。研究表明，每经过一百年，地球自转长期减慢近2毫秒（1毫秒＝千分之一秒），它主要是由潮汐摩擦引起的。此外，由于潮汐摩擦，使地球自转角动量变小，从而引起月球以每年3～4厘米的速度远离地球，使月球绕地球公转的周期变长。除潮汐摩擦原因外，地球半径的可能变化、地球内部地核和地幔的耦合、地球表面物质分布的改变等也会引起地球自转长期变化。

地球自转速度除上述长期减慢外，还存在着时快时慢的不规则变化，这种不规则变化同样可以在天文观测资料的分析中得到证实，其中从周期为近十年乃至数十年不等的所谓"十年尺度"的变化和周期为2～7年的所谓"年际变化"，得到了较多的研究。十年尺度变化的幅度可以达到约±3毫秒，引起这种变化的真正机制目前尚不清楚，其中最有可能的原因是核幔间的耦合作用。年际变化的幅度为0.2～0.3毫秒，相当于十年尺度变化幅度的十分之一。这种年际变化与厄尔尼诺事件期间的赤道东太平洋海水温度的异常变化具有相当的一致性，这可能与全球性大气环流有关。然而引起这种一致性的真正原因目前正处于进一步的探索阶段。此外，地球自转的不规则变化还包括几天到数月周期的变化，这种变化的幅度约为±1毫秒。

地球自转的周期性变化主要包括周年周期的变化，月周期、半月周期变化以及近周日和半周日周期的变化。周年周期变化，也称为季节性变化，是二十世纪三十年代发现的，它表现为春天地球自转变慢，秋天地球自转加快，其中还带有半年周期的变化。周年变化的振幅为20～25毫秒，主要由风的季节性变化引起。半年变化的振幅为8～9毫秒，主要由太阳潮汐作用引起的。此外，月周期和半月周期变化的振幅约为±1毫秒，是由月亮潮汐力引起的。地球自转具有周日和半周日变化是在最近的十年中才被发现并得到证实的，振幅只有约0.1毫秒，主要是由月亮的周日、半周日潮汐作用引起的。

地球公转

1543年著名波兰天文学家哥白尼在《天体运行论》一书中首先完整地提出了地球自转和公转的概念。地球公转的轨道是椭圆的，公转轨道半长径为149597870公里，轨道的偏心率为0.0167，公转的平均

轨道速度为每秒29.79公里；公转的轨道面（黄道面）与地球赤道面的交角为23°27'，称为黄赤交角。地球自转产生了地球上的昼夜变化，地球公转及黄赤交角的存在造成了四季的交替。

从地球上看，太阳沿黄道逆时针运动，黄道和赤道在天球上存在相距180°的两个交点，其中太阳沿黄道从天赤道以南向北通过天赤道的那一点，称为春分点，与春分点相隔180°的另一点，称为秋分点，太阳分别在每年的春分（3月21日前后）和秋分（9月23日前后）通过春分点和秋分点。对居住的北半球的人来说，当太阳分别经过春分点和秋分点时，就意味着已是春季或是秋季时节。太阳通过春分点到达最北的那一点称为夏至点，与之相差180°的另一点称为冬至点，太阳分别于每年的6月22日前后和12月22日前后通过夏至点和冬至点。同样，对居住在北半球的人，当太阳在夏至点和冬至点附近，从天文学意义上，已进入夏季和冬季时节。上述情况，对于居住在南半球的人，则正好相反。

地极移动地极移动，简称为极移，是地球自转轴在地球本体内的运动。1765年，欧拉最先从力学上预言了极移的存在。1888年，德国的屈斯特纳从纬度变化的观测中发现了极移。1891年，美国天文学家张德勒指出，极移包括两个主要周期成分：一个是周年周期，另一个是近14个月的周期，称为张德勒周期。前者主要是由于大气的周年运动引起地球的受迫摆动，后者是由于地球的非刚体引起的地球自由摆动。极移的振幅约为±0.4角秒，相当于在地面上一个12×12平方米范围。由于极移，使地面上各点的纬度、经度会发生变化。1899年成立了国际纬度服务，组织全球的光学天文望远镜专门从事纬度观测，测定极移。随着观测技术的发展，从二十世纪六十年代后期开始，国际上相继开始了人造卫星多普勒观测、激光测月、激光测人卫、甚长基线干涉测量、全球定位系统测定极移，测定的精度有了数量级的提高。根据近一百年的天文观测资料，发现极移包含各种复杂的运动。除了上述周年周期和张德勒周期外，还存在长期极移，周月、半月和一天左右的各种短周期极移。其中长期极移表现为地极向着西径约70°～80°方向以每年3.3～3.5毫角秒的速度运动。它主要是由于地球上北美、格棱兰和北欧等地区冰盖的融化引起的冰期后地壳反弹，导致地球转动惯量变化所致。其它各种周期的极移主要与日月的潮汐作用以及与大气和海洋的作用有关。

岁差与章动在外力的作用下，地球的自转轴在空间的指向并不保持固定的方向，而是不断发生变化。其中地轴的长期运动称为岁差，而周期运动称为章动。岁差和章动引起天极和春分点位置相对恒星的变化。公元前二世纪，古希腊天文学家喜帕恰斯在编制一本包含1022颗恒星的星表时，首次发现了岁差现象。中国晋代天文学家虞喜，根据对冬至日恒星的中天观测，独立地发现了岁差。据《宋史·律历志》记载："虞喜云：'尧时冬至日短星昴，今二千七百余年，乃东壁中，则知每岁渐差之所至'"。岁差这个名词即由此而来。牛顿第一个指出产生岁差的原因是太阳和月球对地球赤道隆起部分的吸引。

在太阳和月球的引力作用下，地球自转轴在空间绕黄极描绘出一个圆锥面，绕行一周约需26000年，圆锥面的半径约为23°.5。这种由太阳和月球引起的地轴的长期运动称为日月岁差。除太阳和月球的引力作用外，地球还受到太阳系内其它行星的引力作用，从而引起地球运动的轨道面，即黄道面位置的不断变化，由此使春分点沿赤道有一个小的位移，称为行星岁差。行星岁差使春分点每年沿赤道东进约0.13角

秒。地球自转轴在空间绕黄极作岁差运动的同时，还伴随有许多短周期变化。英国天文学家布拉得雷在1748年分析了20年恒星位置的观测资料后，发现了章动现象。月球轨道面（白道面）位置的变化是引起章动的主要原因。目前天文学家已经分析得到章动周期共有263项之多，其中章动的主周期项，即18.6年章动项是振幅最大的项，它主要是由于白道的运动引起白道的升交点沿黄道向西运动，约18.6年绕行一周所致。因而，月球对地球的引力作用也有相同周期变化，在天球上它表现为天极在绕黄极作岁差运动的同时，还围绕其平均位置作周期为18.6年的运动。同样，太阳对地球的引力作用也具有周期性变化，并引起相应周期的章动。

新发现地球存在的另一种运动

王金甲王镇谢学枢车存仁我们现在都知道地球基本有两种运动那就是自转与公转。可是在1996年，美国的哥伦比亚大学的宋晓东博士和Paul Richards发现了地球内核差速旋转的惊人的地震学证据。地球内核以约每年1度 (或1.1度) 的差速旋转速率相对于地幔向东旋转，估计自1900年到1996年的96年间，内核已旋转了1/4圈多。大约每300-400年，内核就要相对地幔和地壳多转一圈。在内核赤道面上，内核自转速率与地壳自转速率的差，相当于数量级约为20km/a的线速率，这一线速率要比大陆板块运动的线速率的最大值（20cm/a）快10万倍。这一发现对于地球磁场的起源,倒转，以及地球演化的诸多问题意义重大[1]。

我们在研究地球动力时必须与天体运动相结合。不考虑天体运动就会走天文学“地心说”片面性的老路。天文学界用了四百多年的艰苦努力，甚至是生命的代价才证实了日心说。现在我们发现的许多地球之谜（如地球磁场逆转，大洋洋脊生成，青藏高原隆起，超高压变质岩折返之迷，生物灭绝，地壳磁场分布紊乱，南极有煤层，沧海变桑田，地震发生，海底扩张，大陆版快漂移的动力，地球气候的冷暖变化，大峡谷和大海沟的形成，地球自转不匀速等等）都有一个共同的指向，就是地壳受日月引潮力的影响下，在有磁场的地心上作有23.5度(地轴倾斜度)的调心式旋转（地球不是刚体象一个生鸡蛋存在着相对地心丟转）。每当丢了8转左右时，就使地壳在地心上形成南北大调位。调位的结果就产生了上述的许多地球之迷。这里需要指出的是地球自转使地球是一个椭圆使地壳表面有不同弧度。改变弧度就是来回曲折的的过程，从而使版块漂移获得动力。这许多的地球之迷都共同指向一个焦点，这就不是一个偶然现象了。这就充分说明了小质量的地壳受日月的引潮力的作用下，必然在有磁场的地心上作调心式的旋转运动，这种运动也使地球的大气候有寒暖纪的交替变化。

我们对工业用的轴承都不陌生，它主要有三部分组成。1,里壁 2,滚珠 3,外壁。我们把轴承的里壁镶嵌在旋转的轴上，在外壁不固定时，经过一定的时间我们发现轴承的外壁也与里壁同步旋转。当我们用手触摸轴承的外壁时，外壁就开始减速。我们的地球基本也分为三部分1,地核 2,地幔 3,地壳。我们的地球从诞生以来，大质量的地核通过地幔带动小质量的地壳与地核同步匀的速旋转。这与上面所说的轴承运动有些相似之处。只是轴承的里,外壁有滚道轨迹的控制作用，只能作同轴旋转。而我们的地球则不同，地核与地壳没有滚道轨迹的控制作用，地壳与地核可作万向的同球心运动。因地轴的倾斜，当地壳受的外力（日月引潮力）与其地核的旋转不垂直时，地壳在地核上的旋转不但在经度上产生丟转，而且在纬度上也产生有23.5（地轴的倾斜度）度角的斜向运动。这种有23.5度角的斜向运动，使地球的两个极点缓慢的以渐开线的形

式向对方弦转换位（也就是岁差与章动）。导致地壳南北极的大调个（N,S极互换）。当遇上地壳上的火山爆发也就记录了地壳在地核上磁场相应的位置，大西洋的磁异常就是这种N,S极换位造成的。经过几亿年的这种运动，也就呈现出我们钻探地壳岩芯磁场逆转的现象。地壳上的剩磁场与地核的磁场因地壳调个的原因，它们之间的磁场有时相抵消，有时相叠加，旋转到相抵消时也就是地球磁场在减弱。所以现在地球磁场在减弱就是这种地壳弦运动[2]造成的。

地壳的这种弦运动使大陆板块漂移获得动力，使地球磁场逆转，使南极有煤的生成条件，使非洲有冰川期，使我国南方有冰臼的形成。使我们生活的地壳上有了寒期与暖期的交替变化并制造了许多地球上的不解之谜。我们都知道地球是一个椭圆体。这是因为地球自转离心力所致。当地球赤道上的某两点旋转到地球的两极，两极的海拔将升高，两极的冰川范围将扩大许多。冰川的扩大使地球进入了一个寒冷期。由于地球自转有离心力的原因，两极的地理高度也将缓慢的沉降（两极轴变短，气压加大），地球的气温将缓慢上升，迎来了一个地球的温暖期。两极地壳在下降的过程中，地壳的上表面拥挤,摺皱,穿插叠层而地壳的下表面开裂使岩浆侵入冷却后形成剩磁。两极地区旋转漂移到了赤道，因弧度的不同，在地球离心力的作用下，径向尺寸将加大，地壳在经线方向就产生了大裂谷和大海沟（如同大红灯笼一样，将它压的越扁，它的经线方向的骨架就距离越大），在46亿年的漫长岁月里大西洋的洋底就是这样形成的。这就象我们双手在揉搓一个干了皮的面团。看看大西洋的洋脊和条带状的磁异常（Linearmagnetic anomaly），大洋中脊轴部AA磁异常特别显著，相互平行，正负相间，这充分说明大西洋经过反复的南北极调转同时也是东西半球的调转，每当调转一个循环时，大西洋的洋脊因地球自转离心力和日月引力及陨击作用下产生开裂，形成海底条型火山爆发，每次的海底条形火山爆发都将引发一起地球上的大海啸，生物化石的成群现象和物种灭绝及古人类文明的消失等等都与此有关。经过几亿年的这种循环使大西洋成现在的这种状态。大陆火山爆发都留有火山口，海底条型火山爆发同样也有火山口，并且也是年轻的洋底。大西洋中脊的中央裂谷其实就是条状火山口，它越年轻就说明它离下一次的火山爆发就久远越。

综上所述：我们发现地球自转还使比重较轻的海水在离心力的作下，都集中在地球低纬度赤道地区，于是地壳的弦动使地壳上沧海与桑田交替地变化，沧海桑田的交替变化也促使动植物的进化。地球自转的离心力使得同质量的物质在两极与赤道间显示出不同的重量。所以地壳旋转到两极因重力加大而沉降，使地壳下表面融解，尤其是当较薄的洋壳由于弧度的改变呈现出拱形塌陷的状态，断层后使大洋板块相互穿插,叠层,堆积，因地壳密度和气隙的原因也就形成了今天的油层,气层,沙层,水层等等。大陆地壳弦动到赤道的部分，形成开裂现象如东非大裂谷。海洋洋壳弦动到赤道的部分由于行星与日月间联珠的引力与陨击造成洋壳开裂引起条状的火山暴发如大西洋洋脊等。这种板块相互穿插,叠层,堆积的结果，使其中一板块的地表被叠压在另一板块的下面，地表物质经过亿年的堆厚重量加大而沉降熔融，在地壳下表面开裂时进入裂缝降温固化，就是我们今天看到的超高压变质岩。我们的地球从诞生46亿年以来就是这样弦动的。地壳基本受到有四种力的影响。[1]自转的离心力。[2]两极大于赤道的重力。[3]日月有角度的引潮力（刹车力）。[4]重要的月球加之九大行星联线的引力。就是上述的四种力使地壳产生揉搓性的复杂运动。随着地心温度的下降，地壳也将变得越来越厚。地核冷透地表水都将渗入地壳我们的地球也将象伙星一样地表水消失。当然这要经过一个极其漫长岁月。

小结：我们的地球象一个干了皮的面团。在四种力巧妙结合的作用下，使地壳表面产生力了极其复杂的揉搓运动。这种揉搓运动不但给大陆板块分裂移动提供了充足的动力，而且因地壳的弦动使地壳磁场形成逆转，同时也形成了许多矿脉。就是这种揉搓运动，使地壳形成气层,油层,水层,沙层等。并且也制造了地球上的许多自然之谜。在高科技发展的今天，用GPS系统将能很快的证明地壳这种揉搓运动的存在。那时“地幔动力”的假说将和天文学的“地心说”一样将被历史所淘汰。

参考文献：

[1] 柴东浩陈廷愚.新地球观山西.山西科学技术出版社.2001

[2] 谢学枢车存仁 [科学学报]大陆板块漂移的真正动力中国国际联合出版有限公司2005