为什么地核反而比地壳年轻两岁半?

广场舞        2020-03-23   来源:瑾轩微人生

是不是大家都想保持年轻的“心”咧?我们地球也是这样想的并且很可能它做到了!计算表明,地核实际上比地球表面年轻两岁半。像现今大多数事情一样,这个令人难以置信的事实可以用广义相对论来解释。

为什么地核反而比地壳年轻两岁半?

质量如何扭曲时空(来源-space.com)

相对论101

爱因斯坦已经向众人介绍过相对论的概念,但是它的影响比科学家们所预料到的更为深远。你可能听说过,光在恒星、行星或者黑洞等大型天体附近移动的很慢,因为那里时间流逝得更慢。对于大多数的日常事物来说,它们周围的引力场很小,所以这种影响可以忽略不计。根据爱因斯坦的广义相对论,物体越大,对时空的结构造成的“扭曲”就越严重,引力也因此产生。

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强大的爱因斯坦

任何具有足够强大引力场的物体都可以使其周围的时间弯曲,这意味着物体周边的时间其实比其内部流逝得要快。这个效应同样体现在绕地运行的地球同步卫星上,它们负责为我们提供导航以及GPS定位,卫星的精确的原子钟必须通过定期校正来应对“时间损失”,不然,卫星每天会增加10km的定位误差。

有趣的是,地球地核的质量就足以对地壳施加引力了,由于这种力,地壳表面时间过的比地核更快。理论物理学家Richard Feynman早在20世纪60年代就预测到这点。据报道他在一系列讲座中指出,理论上,时空的曲率应该使得地球的中心和表面产生一天到两天的年龄差距。

为什么地核反而比地壳年轻两岁半?

科学家们赶来救援了!

来自丹麦Aarhus大学的物理学家Ulrik Uggerhøj承认在自己之前的论文中引用了Feynman著名的猜想。后面他才意识到该猜想所涉及到的具体数据并无人去核实过。因此,Ulrik Uggerhøj招募了一个研究团队,他们开始计算地表与地核之间的引力势差。

为什么地核反而比地壳年轻两岁半?

Ulrik Ingerslev Uggerhøj (来源-奥尔胡斯大学)

地球:“我并没有那么老!”

地球大约形成于45亿年前,从那时起地核就对地球表面施加引力。为了简化计算,团队假设地球是一个均匀密度的球体,尽管事实并非如此,但为了探索更灵活和更准确的计算方式,他们只好先这样假设。他们观察到,根据相对论计算,地球表面的每经过一秒,地核处会产生0.0000000003秒的滞后。这似乎是可以忽略不计的,但是在45亿年的过程中,时间滞后已经累积为1.5年。

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地球年龄模因

然而,地核比地幔及地壳的密度要大得多。为了更准确地估算地壳-地核的年龄差异,该团队使用了更接近真实情况的地球内部密度分布模型。地球内部越靠近地核的部分密度越高,但这个变化并不是线性的,所以地质学家建立了不同的模型来模拟地球的内部构造。在他们的论文中,研究团队使用了PREM地球模型,该模型是一个可以用于计算地球的密度如何分层的一维模型。更真实的模型需要更复杂的数学计算,但求解仍然比较简单的,该团队使用更真实的地球密度模型计算,发现地表与地核之间的年龄差异实际上大约为2.5年!

即使假设地核早于地壳形成,但由于引力对时间的影响,地核的老化速度比所对应的地球表面要慢。

为什么地核反而比地壳年轻两岁半?

坚持住

太阳:“你一点都不了解我!”

如果你想更清楚地说明引力对时间的影响,可以把太阳为例子。研究团队计算得出太阳核心比它的表面年轻4万年。这个估算甚至没有考虑到这样的一个事实,即太阳核心是一个不断用新材料取代自己的工厂,如果不考虑相对论的话,严格意义上来说太阳核心比估算的更年轻,这意味着相对论基本上就像是宇宙尺度上的抗衰老方法,如果你像太阳一样重的话这是个非常好的消息!

当然,相对论只是一种理论,尽管它是一个强大的理论。除非我们朝行星内核钻一个洞并取得内核的样本,否则我们无法确定行星内核的真实年龄。我们所知道的是,这个团队的研究结果不仅是引力对时间产生影响的一个例子,同时揭露了当科学家直接引用他人成果而不进行验算可能会导致的问题!

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. sciabc

Phys.org

Dailymail.co.uk

Megiston – Youtube

Sciencenews.org

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