在上一篇文章的評論區(qū)，一位名叫阿杜12065的讀者提了一個問題：地球公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的動力在哪里？這個問題其實還挺有意思，因為我找了一下現(xiàn)在網(wǎng)上有的文章，基本沒有把它展開來細(xì)致說清楚的，所以今天我就來解答一下這個問題，細(xì)說自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的動力到底是從哪里來的。
這就要從力學(xué)的老祖——牛頓，說起了。我們都知道牛頓在物理學(xué)上的地位非常高，可能還有不少人聽說他晚年拋棄科學(xué)信了教，但基本上大家對他的一生都沒有一個概略性的認(rèn)識。事實上牛頓從一開始就是一個虔誠的信徒，所以根本不存在什么“科學(xué)的盡頭是神學(xué)”的關(guān)系，甚至他最偉大的貢獻(xiàn)——萬有引力也是在研究神秘主義時偶然獲得的。
年輕的牛頓，歷史書上似乎更鐘情于他油膩后的樣子
在牛頓生活的時代，科學(xué)和神學(xué)甚至是神秘主義并沒有明確的分界線，所謂神秘主義指的就是能夠使信徒獲得更高的精神或心靈之力的各種教義和宗教儀式，也就是各種巫術(shù)、魔法和煉金術(shù)。這在整個中世紀(jì)可以說是基督教的光之影，雖然正統(tǒng)教會沒有宣傳，但是有關(guān)于這方面的研究和儀式在貴族和上流社會十分盛行（這些人借此機(jī)會聚在一起搞文化交流活動，和文化交流談會挺像）。
神秘主義的發(fā)源，玫瑰十字會
英國皇家科學(xué)會就是因此而誕生的！沒錯，這個世界上最古老最知名的科學(xué)協(xié)會，令其創(chuàng)立者當(dāng)初聚集在一起的不是科學(xué)而是神秘主義。牛頓作為第十三任會長，自然不僅僅是篤信不疑，更是將一生的精力都投入其中。
他翻譯了一份來所說是古典時代的拉丁語神秘古籍，名為《 翠玉錄》。其前三句為：
這是確鑿無瑕的真理，下方之物正如上方之物，上方之物正如下方之物，以成就主的神跡。因主的意念，萬物源起自主，故萬物迎合著主而誕生。
Emerald tablet《翠玉錄》
這兩句話和諸多“先賢的智慧”一樣，寫的模棱兩可不明覺厲，但實際意思就是一神教的絕對主神是天上地下的唯一主宰。但牛頓卻不這么理解，他認(rèn)為這句話可能暗示了一個不得了的真相：天上的運(yùn)動和地上的運(yùn)動是一樣的，它們本質(zhì)上是同一種運(yùn)動（所以說萬有引力和蘋果真的沒有什么關(guān)系，這可不是一拍腦門就想到的）。
“萬有”引力之所以“萬有”，正是因為世間所有的物體都遵循，這在如今看來似乎是一個很正常的邏輯，但是在那個時代因為基督教的禁錮，人們普遍認(rèn)為天空是上帝的居所，其運(yùn)行規(guī)律和凡人所在的大地是完全不同的。
在統(tǒng)治歐洲千年的亞里士多德的哲學(xué)思想中，他對于世界運(yùn)行規(guī)律的總結(jié)是建立在粗糙的觀察和簡單的空想上的。他看到石頭落地快，羽毛落地慢就相當(dāng)然地認(rèn)為重的東西就會落地更快。他看到地面上運(yùn)動的物體如果不持續(xù)施加力就會停下，于是得出結(jié)論力是物體運(yùn)動的原因。
對兩千年前的老人別那么苛刻
那么天體的運(yùn)行在當(dāng)時是如何理解的呢？答案是規(guī)律，基督教認(rèn)為上帝定義了天體的動物規(guī)律，它們不受力的影響，力是凡間才有的東西。天體的運(yùn)動是完美的，是神性的，是上帝指引人類的方向，給人類看看造物是多么美妙和神奇。所以當(dāng)時的日心說替代地心說才會引發(fā)如此劇烈的壓迫，因為這等于把教會編的謊言當(dāng)街吊打示眾。
地心說的天體都是大圈套小圈轉(zhuǎn)
第一個打破這一思想禁錮的是伽利略，他通過一個實驗告訴人們，物體的下落速度和輕重沒有關(guān)系，這就是震驚世界的比薩斜塔自由落體實驗。之后他又通過對單擺的仔細(xì)觀察，得出了慣性定律，即物體綜合受力為零時（比如重力和地面支持力會相互抵消）會保持當(dāng)前的運(yùn)動狀態(tài)。一個滾動的球之所以停下，不是因為它沒有持續(xù)的力支持，而是因為它一直在受到摩擦力的阻礙，也就是說力不是物體運(yùn)動的原因，而是改變物體運(yùn)動的原因。
伽利略手持一大一小兩個鐵球
這樣一來，我們是不是發(fā)現(xiàn)了天上和地面的相似之處了呢？通過制造光滑的面可以讓物體滾得越來越遠(yuǎn)，如果存在一個完全光滑沒有摩擦力的平面，是不是物體就可以永遠(yuǎn)滾下去了呢？這豈不就和天上的星辰?jīng)]有什么區(qū)別了嘛？在這樣的暗示下，其實有一些人已經(jīng)開始考慮上帝的居所是不是也沒有什么特別的，但這畢竟是一件違反教會規(guī)定的事情，只能想想不能亂說。
但是牛頓就比較厲害了，他在翻譯了《翡翠板》后琢磨琢磨，覺得這份文獻(xiàn)暗藏的意義可太重要了（其實是牽強(qiáng)附會），這就是上帝在授意他找到天體運(yùn)行和世界萬物的規(guī)律。
那么天體如果不受摩擦力，那是什么讓它們保持公轉(zhuǎn)而不會飛出去的呢？這一思考的成果就是萬有引力定律。這樣一來，牛頓就用繼承自伽利略并發(fā)揚(yáng)的力學(xué)三定律和萬有引力將天上地下統(tǒng)一了，成為一代力學(xué)老祖。
老祖法相
那么說了這么長的故事，其實想強(qiáng)調(diào)的只有一個：地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)是不需要動力的，因為它已經(jīng)在旋轉(zhuǎn)了，所以就會一直保持旋轉(zhuǎn)，這是慣性帶來的規(guī)律。
那么既然我說了要說明白，那當(dāng)然不會就滿足于此。緊接著我們就要解決上面剛出現(xiàn)的一個問題——最初的旋轉(zhuǎn)是從哪里來的？
這個問題不僅僅涉及到太陽和我們，可能要追溯到宇宙形成初期。我們就先從找規(guī)律開始吧。
獵戶座星云
太陽系是如何形成的？在我們現(xiàn)在的太陽系里，一說到太空讓人想到的一定是寒冷、黑暗、空無一物的光景。 但是并不是宇宙中所有的地方都是如此，天文學(xué)觀測到在很多遙遠(yuǎn)的地方，存在著很多完全不一樣的環(huán)境，在那里的宇宙空間是灼熱且充滿氣體的，有些氣體密集的區(qū)域甚至?xí)袔装俣鹊母邷?，那片區(qū)域就像是一個星球表面的大氣一樣豐富，我們稱其為星云。
正孕育恒星的煙頭星云，左邊是星云圖，右邊的黑點(diǎn)是正在發(fā)肓中的恒星
因為萬有引力，氣體會不斷向密度更大，引力更大的區(qū)域靠攏。而我們都聽說過能量守恒定律對吧，放的更高的球落下里的速度也越大，這也就是說離引力中心遠(yuǎn)的物質(zhì)本身就自帶能量。雖然是氣體，但是它們同樣遵循物理規(guī)律，所以這些氣體一邊聚集一邊升溫。當(dāng)最集中的區(qū)域達(dá)到相當(dāng)高的溫度和壓力時，核聚變就會被啟動，嘭！的一聲，一枚恒星就誕生了！
氣體越聚越多，角動量開始化為旋轉(zhuǎn)
那為什么要旋轉(zhuǎn)呢？為什么不能就這樣安安靜靜地停在原地呢？因為……我們先來看幾有趣的知識吧：
太陽也在自轉(zhuǎn)，如果從北向南看，是逆時針方向。
除了金星和海王星，太陽系的其他行星都是逆時針自轉(zhuǎn)的。
屬于太陽系的八大行星、矮行星、小行星和彗星公轉(zhuǎn)方向也都是逆時針方向。
金星和海王星可能是經(jīng)歷了意外的撞擊，一個反著轉(zhuǎn)（極慢）一個躺著轉(zhuǎn)。它們?yōu)槭裁炊际峭粋€方向？
因為形成太陽系乃至整個銀河的氣體分子平均自帶含有方向的旋轉(zhuǎn)趨勢，用物理學(xué)詞來說這叫角動量。所以在星云時期完全不明顯的分子級角動量會在化為天體的過程中匯合并顯現(xiàn)出來。逐漸成形的氣團(tuán)會因旋轉(zhuǎn)而變成一個盤形物，其中一些在外層的，速度足夠大的物質(zhì)無法落入中心，成為了一個類似土星光環(huán)的東西，這就是原行星盤。
年輕恒星HL Tauri的原行星盤
原行星盤是行星們形成的地方，那也是恒星誕生之后發(fā)生的事了。形成方法和恒星類似，這些物質(zhì)逐漸聚集，質(zhì)量不太大的會形成巖石行星，就像我們的地球，質(zhì)量太大的會把原行星盤的氣體全部吸收，成為巨型氣體行星，就像木星和土星一樣。原行星盤旋轉(zhuǎn)的方向就是行星們公轉(zhuǎn)的方向了，這很好理解，對吧。
計算機(jī)模擬行星形成
一樣的道理，雖然原行星盤中散漫的分子形成了行星，但是蘊(yùn)含在物質(zhì)中的角動量也不會憑空消失，它們會依附在行星上，這就是行星自轉(zhuǎn)的來源。現(xiàn)在我們知道了，宇宙中幾乎所有天體都會旋轉(zhuǎn)都是因為幾乎所有的物質(zhì)都自帶了“旋轉(zhuǎn)的屬性”。
為什么物質(zhì)會自帶旋轉(zhuǎn)的角動量呢？這些角動量來自宇宙大爆炸初始的攪動，就像用手劃過水面會掀起很多小旋渦一樣，這些大爆炸引發(fā)的小旋渦成為宇宙中漫布的星系之源，所以漫天超過1000億個星系的旋轉(zhuǎn)方向都各不相同。
