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第11章 科氏力（第2页）

“因为宇称不守恒，你犯了宇称守恒的惯性错误！”

“什么是宇称不守恒？”

“宇称不守恒就是……”

“行了行了，你别解释了。”小子把小胖子拉走。

王昧用求知的眼神看着索拉，后者想了想，拿出一捆玻璃绳，剪了一小段，在地上捡块小石头，绑在细绳一端。

“其实呆丢说的没错，科氏力本质上是一种惯性作用。Coriolis（科里奥利）这个人在洗澡的时候，发现浴缸里的水总是朝向一个方向旋转入进排水口。他以牛顿力学为基础用数学语言描述了这个现象，所以简称科氏力。你知道牛顿第一定律和万有引力吧，那就好。

“想象一下在宇宙空间，这块石头它在地球上随着地球自转，我们认为这种匀速圆周运动是一种特殊的惯性状态，它现在的轨迹便是在地球的一个纬度上。若是它朝一个方向运动，势必改变它的轨迹。”索拉顿了一下。

王昧盯着他用手为支点摆转的石块，似懂非懂，徐藉丽一旁掩嘴轻笑。

“绳子、石头、轨迹，这是一种平衡；绳子、石头、新的轨迹，这也是一种平衡。惯性就是这样，只有在石头改变轨迹的时候发挥作用，它会抗拒这种改变，若是不变化，惯性便不会作用。这种作用其实是石头自身的倾向，我们把这种倾向、这种跟地球自转而存在的惯性表现描述为一种力，便是科氏力。江河湖泊所有流动的水，气象季风以及流动的云，都会受到这种力。”

“因为是‘偏离’地球自转而存在的力，所以地质学上也称作地转偏向力。”徐藉丽顺着索拉的话补充道。

“哦——有些明白。”王昧表示能把这些概念统一起来了。

“这只是一种抽象的表述方式，若是理解科氏力的表现规律，我们得考虑运动的不同情形。以这快石头为例，先考率北半球。”他把石头朝逆时针方向摆动，“假设从赤道出发，从南往北走，你看到了什么。”他把绳子另一端缓缓往上拉。

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“越靠近北极点，石头转得越快。”王昧顺着他的意思说道。

“答对了。准确得说，是角速度越来越快，而地球自转角速度是不变的，这意味着什么？”

“它走得比地球自转快。”

“对。从角速度来说，就像芭蕾舞蹈的收腿动作会使转速变快，这是角动量守恒，也是一种惯性。从石头在地面上的轨迹来说，它从南往北走，不仅向上，而且朝着右上，也就是说，它有向右的趋势，这种趋势越靠近北极越大。”

“这就解释了为什么赤道附近科氏力最小，两极最大。”徐藉丽笑着补充道。

“可以这么理解，但换一个角度看会更形象。比如我们以正上方视角（上帝视角）看北半球，这块石头的速度便会在赤道面上投影。在赤道的角度最小，投影速度为零，越靠近极点投影速度越大，在极点投影速度就是本身的一倍。这个投影速度的大小，便直观的决定了科氏力的大小。

“你如果学了矢量乘算，知道右手定则，会发现这个投影速度与随着地球自转而产生的角动量的乘积就是科氏力的方向，所以在北半球它总是表现为沿着前进方向向右，而南半球刚好相反，这是因为它们是镜像对称的。跟宇称不守恒没有关系。”

“我……有些明白了。”王昧摸着似乎有些凸胀的脑袋，“那如果完全沿着自东向西或自西向东的纬线走呢？它不就没有赤道面上的投影速度？”

“问得好！看来你已经听懂了我刚才得表述。”索拉清了清嗓子，“我们可以深入探寻一下科氏力存在的本质了。在相对静止的宇宙空间，观测地球表面上的物体，它随地球自转作圆周运动，那么圆周运动的向心力由谁提供？由地球对它的引力。这股引力作为基础条件，它指向地球的质心，我们先认为它是地心。那么引力减去向心力便是物体实际表现出的重力。

“这也就是我们常说的，为什么赤道地区重力最小，因为赤道地区的物体，做着地球表面最大的圆周运动。引力我们认为是大小与距离相关，几乎不变的，方向永远指向地心；角速度也可以说是不变的，那么圆周运动的半径越大，引力需要提供的向心力越大，剩下的重力自然越小。

“所有物体在地球表面的重力，随着它在地球的纬度不同而不同，维度越高，离心力越小，重力越大。因为纬度面只有赤道面经过地心，纬度不为零的地区，离心力偏离地心，引力与它矢量叠加，重力便会偏离地心。所以只有赤道线上没有科氏力存在，其他任何地方都有。根据这种解释，如果建立地球的标准模型，就会是一个赤道略鼓，两极略凹的椭球——只有这样，物体在地球表面受到的重力与支持力就会处在同一条竖线，物体才不会有‘倾倒’的趋势，这是地球长时间演变形成的自洽。你能理解吗？”

王昧：“……”

连徐藉丽都沉默了一会，说道：“以前我没往这方面想过，但地球确实是一个大体上呈现赤道略鼓两级略凹的椭球。”

“嗯。若探寻科氏力的本源，便是万有引力与离心力的叠加。你在地球运动，便改变了离心力，导致‘重力’发生偏移。但我们通常不会觉得‘重力’会发生变化，只会觉得有什么‘力’改变了我们原定的轨迹，这股产生偏移的‘力’我们重新给它定义，便是科氏力。”

“原来科氏力本质上是不存在的么？它更像是描述地面上运动的物体——重力产生了偏移。难怪我们说科氏力本质上是描述一种现象，而不是力。”王昧似懂非懂。

“你这么说的话，重力本质上也是不存在的，它是来自万有引力，万有引力本质上也是不存在的，它是因为物质对时空的弯曲，……事实上许多事物本来并没有意义，但人们给它赋予了意义。”索拉站起来伸个懒腰，“科氏力来自于科学家对一个司空见惯的自然现象作的描述，却是人类一次对真理的系统的探索。若是放在宇宙的维度中它可能微不足道，甚至本身都并不‘存在’，但它确实是实实在在的‘改变’。你看这山川河流、天上的流云、吹过的东风，刮来的西风……大自然许多的现象和样貌，不都有它改变的结果？

“比如眼前的龙谷，在很久很久以前，一定存在一条绕山而行的水流，长年累月，侵蚀出一个环形山谷——”索拉手指一顿，眼睛微亮，忽然有些激动，“徐藉丽，我想到了！”

“想到什么？”

“为什么龙谷的走势与谷底的水系完美契合，而水系却不见了，徒留一道干涸的痕迹？”

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