在各大媒體平臺(tái)上，經(jīng)常能看到這樣主題類的視頻欄目：蘇聯(lián)藏匿了一種滅世級(jí)武器，這種武器能夠使地球發(fā)生南北極倒轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致地球生物的大滅絕。而這種“滅世級(jí)”武器的名字，則是物理學(xué)中的一種“神秘”效應(yīng)，它的名字是：賈尼別科夫效應(yīng)。而驗(yàn)證這種效應(yīng)具有“滅世”力量的，竟是一個(gè)螺母和一張網(wǎng)球拍。

那么，賈尼別科夫效應(yīng)究竟有沒有像許多媒體那樣所說的那么神秘，以至于能夠成為“滅世級(jí)”的力量？如今被寫入中學(xué)課本的賈尼別科夫效應(yīng)，是如何被營(yíng)銷號(hào)吹得神乎其神的？今天，本期節(jié)目為您講述：被營(yíng)銷號(hào)玩壞的賈尼別科夫效應(yīng)。

賈尼別科夫效應(yīng)，為何讓蘇聯(lián)保密“十年”？

在網(wǎng)絡(luò)上廣為流傳的“賈尼別科夫”效應(yīng)科普視頻當(dāng)中，最普遍的說法是：蘇聯(lián)宇航員賈尼別科夫，在維修蘇聯(lián)空間站“禮炮七號(hào)”的過程中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)在失重環(huán)境下發(fā)生不規(guī)則旋轉(zhuǎn)的螺母，從而將這種規(guī)律延伸到地球的身上，推導(dǎo)出了“可能為地球帶來毀滅”的賈尼別科夫效應(yīng)。為了保住這個(gè)能夠帶來滅世力量的秘密，蘇聯(lián)甚至將這一理論發(fā)現(xiàn)成果保密了“十年”。

而實(shí)際上，賈尼別科夫效應(yīng)既不可能有“毀滅地球”的力量，也沒有讓蘇聯(lián)當(dāng)局將成果保密十年之久。但是，在廣為流傳的謠言中，有一點(diǎn)是真相的是蘇聯(lián)宇航員賈尼別科夫，確實(shí)是通過一顆螺母，發(fā)現(xiàn)了賈尼別科夫效應(yīng)。盡管這個(gè)物理學(xué)規(guī)律由他的名字來命名，但他也并非是賈尼別科夫效應(yīng)的第一位發(fā)現(xiàn)者。

（蘇聯(lián)宇航員賈尼別科夫）

故事發(fā)生在1985年的6月6日，蘇聯(lián)宇航員賈尼別科夫和維克托·薩維尼赫乘坐“聯(lián)盟T-13”火箭，前往修復(fù)當(dāng)時(shí)電力系統(tǒng)瀕臨崩潰的蘇聯(lián)空間站：禮炮七號(hào)。在執(zhí)行修理空間站任務(wù)的過程中，賈尼別科夫擰下了一顆螺母，在失重且沒有外力干涉的環(huán)境下，空間站里的螺母會(huì)飄在半空中，沿著最初旋轉(zhuǎn)它的主軸一直保持翻轉(zhuǎn)。但是，令賈尼別科夫感到驚訝的一幕出現(xiàn)了——被賈尼別科夫擰下的螺母，并沒有按照他既往預(yù)想中的那樣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而是這顆螺母在旋轉(zhuǎn)的過程中忽然倒轉(zhuǎn)了180度，然后繼續(xù)翻轉(zhuǎn)，并在接下來的一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)180度，周而復(fù)始。

（賈尼別科夫效應(yīng)中不穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的螺母）

這種奇怪的現(xiàn)象，直接打破了物理學(xué)出身賈尼別科夫的既往認(rèn)知：這顆沒有受到外力影響的螺母，無緣無故進(jìn)行180度的反轉(zhuǎn)，就意味著當(dāng)時(shí)螺母的旋轉(zhuǎn)軸并不穩(wěn)定。而當(dāng)他將自己的目光投注到太空艙之外的地球時(shí)，則更是讓他感到憂心忡忡：因?yàn)榈厍蛘w也在一個(gè)失重的環(huán)境中。如今，這顆在太空失重環(huán)境中的螺母會(huì)無緣無故進(jìn)行180度的翻轉(zhuǎn)，而地球未來會(huì)不會(huì)也突然在失重環(huán)境中出現(xiàn)這樣的翻轉(zhuǎn)呢？于是，他便將自己的這次發(fā)現(xiàn)，在返回太空后報(bào)告給了蘇聯(lián)當(dāng)局。

而蘇聯(lián)當(dāng)局則對(duì)此予以高度重視，于是便對(duì)賈尼別科夫的發(fā)現(xiàn)開始進(jìn)行研究。在1991年蘇聯(lián)解體之際，一篇名為《扭動(dòng)的網(wǎng)球拍》發(fā)表在了科學(xué)期刊上，用物理學(xué)的角度闡釋了為何空間站中由賈尼別科夫扭下的螺母，會(huì)發(fā)生不規(guī)則的180度翻轉(zhuǎn)，并且還用旋轉(zhuǎn)網(wǎng)球拍這樣的生活案例作為佐證，生動(dòng)地說明了這一物理學(xué)現(xiàn)象的具體表現(xiàn)。為紀(jì)念賈尼別科夫?qū)υ撐锢韺W(xué)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，于是人們將這一物理現(xiàn)象稱之為“中間軸定律”，或者“賈尼別科夫”定律。

（賈尼別科夫效應(yīng)中的螺母）

因此，從賈尼別科夫效應(yīng)的被發(fā)現(xiàn)，到公布時(shí)間來看，從1985年到1991年，根本沒有十年的時(shí)間。而在近年的研究中，人們也發(fā)現(xiàn)賈尼別科夫也并非是這一定律的最早發(fā)現(xiàn)者，在1852年出版的一本法國(guó)物理學(xué)著作《物體旋轉(zhuǎn)新理論》中，就已有人發(fā)現(xiàn)所謂的“賈尼別科夫效應(yīng)”。而賈尼別科夫?qū)@一理論的貢獻(xiàn)，就好比哥倫布自認(rèn)為是美洲大陸的第一個(gè)發(fā)現(xiàn)者一樣。

接下來，我們將為您闡述賈尼別科夫定律的具體內(nèi)容，通過了解賈尼別科夫定律的具體內(nèi)容，我們也會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣的物理學(xué)定律，也不足以讓它成為“滅世級(jí)”的武器秘密，被蘇聯(lián)保密“十年”。

賈尼別科夫效應(yīng)，究竟是什么？

盡管在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，人們認(rèn)為賈尼別科夫效應(yīng)是由賈尼別科夫在空間站中執(zhí)行修理任務(wù)的過程中發(fā)現(xiàn)。但實(shí)際上，“賈尼別科夫”效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，在地球上用普通的物件就可以來進(jìn)行測(cè)試，比如生活中我們常見的網(wǎng)球拍。

（網(wǎng)球拍的旋轉(zhuǎn)軸）

上面這幅圖，是網(wǎng)球拍可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。我們可以握住網(wǎng)球拍的手柄，使其正面保持水平，沿著這三條不同的旋轉(zhuǎn)軸對(duì)其進(jìn)行拋擲，對(duì)比三次沿著不同旋轉(zhuǎn)軸拋擲所產(chǎn)生的結(jié)果。最終，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)：在沒有外力干擾的條件下，沿著e1，e3軸拋擲旋轉(zhuǎn)的網(wǎng)球拍，會(huì)在半空中老老實(shí)實(shí)地進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，在接住球拍時(shí)拍面不會(huì)發(fā)生變化。只有在沿著e2軸進(jìn)行拋擲旋轉(zhuǎn)時(shí)，網(wǎng)球拍會(huì)自己在空中又轉(zhuǎn)動(dòng)半圈，從而使拍面發(fā)生變化——而這與賈尼別科夫在太空中發(fā)現(xiàn)螺母不受控制旋轉(zhuǎn)的情景十分相似。

（三組試驗(yàn)對(duì)比）

那么，究竟是什么原因，導(dǎo)致沿著e2軸的旋轉(zhuǎn)，是不穩(wěn)定的？在這里，我們需要引入一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的概念——所謂轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，指的就是衡量旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的物體由靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)樾D(zhuǎn)狀態(tài)，或者由旋轉(zhuǎn)狀態(tài)變?yōu)殪o止?fàn)顟B(tài)的難易程度的物理量。

而在我們拋擲網(wǎng)球拍的過程中，因?yàn)閽仈S旋轉(zhuǎn)軸的不同，物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也各不相同——其中，沿著e1軸拋擲的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小，轉(zhuǎn)動(dòng)網(wǎng)球拍最容易。而沿著e3軸拋擲網(wǎng)球拍的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大，轉(zhuǎn)動(dòng)網(wǎng)球拍最困難。而沿著e2軸拋擲轉(zhuǎn)動(dòng)慣量則在三者中居中，但旋轉(zhuǎn)的方程式也十分不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致沿著e2軸對(duì)網(wǎng)球拍進(jìn)行拋擲時(shí)，會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)球拍發(fā)生不穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

而涉及旋轉(zhuǎn)方程式的穩(wěn)定性的變量計(jì)算，則可以用歐拉方程來進(jìn)行定性分析：在無扭矩條件下，沿著e1,e2,e3三個(gè)軸進(jìn)行不同旋轉(zhuǎn)的網(wǎng)球拍，可以根據(jù)歐拉方程表現(xiàn)為以下形式：

在這組方程式中，我們假設(shè)I代表著物體的主慣性距，其中I1＜I2＜I3，W代表物體主軸的旋轉(zhuǎn)角速度，而W·則代表著物體旋轉(zhuǎn)的時(shí)間導(dǎo)數(shù)。如果我們將微分方程（1）代入到W·3從等式（3）中，我們會(huì)得出以下結(jié)論：W1不反對(duì)，因此，物體在主慣性距居中的情況下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，是最不穩(wěn)定的。

賈尼別科夫效應(yīng)，真的能夠毀滅地球嗎？

那么，賈尼別科夫效應(yīng)，真的能夠有達(dá)到“毀滅天地”的滅世效果嗎？以至于蘇聯(lián)將“賈尼別科夫”效應(yīng)視作可以帶來“人類末日”的滅世級(jí)武器？——在這里，先給大家吃一顆定心丸：賈尼別科夫效應(yīng)，如今已經(jīng)被寫入中學(xué)物理課本。如果賈尼別科夫效應(yīng)真的是“毀天滅地”級(jí)別的秘密武器，那么每一個(gè)中學(xué)的熊孩子都能夠帶來世界末日。

那么，從科學(xué)的維度來看，為什么地球并不會(huì)因?yàn)椤百Z尼別科夫效應(yīng)”，而在真空環(huán)境下出現(xiàn)南北極的倒轉(zhuǎn)？首先，賈尼別科夫效應(yīng)有著嚴(yán)格的條件限制：那就是這種現(xiàn)象只適用于物理學(xué)中的剛體。所謂剛體，指的就是在運(yùn)動(dòng)中和受力作用后，形狀和大小不變，而且內(nèi)部各點(diǎn)的相對(duì)位置不變的物體。如果我們用網(wǎng)球拍，手機(jī)和書本，做前文中“賈尼別科夫效應(yīng)”的拋擲旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)賈尼別科夫效應(yīng)百試百靈。但是，如果我們用一個(gè)裝了半瓶水的水瓶，或者是一個(gè)沙漏，再沿著三個(gè)空間中的旋轉(zhuǎn)軸，進(jìn)行三次拋擲時(shí)，我們便會(huì)發(fā)現(xiàn)：在這三次拋擲的過程中，奶瓶和沙漏的旋轉(zhuǎn)都十分穩(wěn)定。而地球則有70%的區(qū)域被水域覆蓋，因此即便將地球進(jìn)行拋擲旋轉(zhuǎn)，也不會(huì)出現(xiàn)如“賈尼別科夫效應(yīng)”那樣的現(xiàn)象。當(dāng)然，絕對(duì)剛體也僅僅是物理學(xué)中的理想模型，現(xiàn)實(shí)中絕對(duì)的剛體目前來看是不存在的。

（旋轉(zhuǎn)的地球）

而地球自身的結(jié)構(gòu)，和月球的存在，也使得地球并不會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致賈尼別科夫效應(yīng)——在高溫高壓的地殼內(nèi)部，有大量的液態(tài)巖漿。而在地球的外部，則有月球的引力。因此，在這樣的條件下，地球只能沿著轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大的那根旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并不會(huì)出現(xiàn)自己“兩極突然翻轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象。退一萬步來講，在賈尼別科夫效應(yīng)的情景中，蘇聯(lián)真的可以根據(jù)這個(gè)效應(yīng)來讓地球的南北極實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，那蘇聯(lián)要研究多大的一支能撬動(dòng)地球的杠桿，而這支撬動(dòng)地球的杠桿，又由哪個(gè)蘇聯(lián)人來操作。因此，用“賈尼別科夫效應(yīng)”來當(dāng)做“滅世武器”，多數(shù)是漫無邊際的假想。蘇聯(lián)在解體之后，才公布“賈尼別科夫效應(yīng)”的原因，更多的是因?yàn)榭茖W(xué)的研究進(jìn)度，而并非是什么“軍事機(jī)密”。

對(duì)此，也有認(rèn)為“賈尼別科夫”效應(yīng)具有滅世效果的人可能會(huì)進(jìn)行駁斥，認(rèn)為賈尼別科夫效應(yīng)雖然不能帶來地球?qū)嶋H上的南北極倒轉(zhuǎn)，但是在地球內(nèi)部，對(duì)地球磁場(chǎng)產(chǎn)生影響的地幔、地核，可能會(huì)因?yàn)椤百Z尼別科夫效應(yīng)”，出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，進(jìn)而影響地球磁場(chǎng)的“倒轉(zhuǎn)”。但實(shí)際上，地幔、地核中的情景，實(shí)際上也已超出了賈尼別科夫效應(yīng)的適用范疇。地球產(chǎn)生磁場(chǎng)的原因，是因?yàn)樵诟邷?、高壓的地核?strong style="color: blue;">，鐵水流動(dòng)所產(chǎn)生的電流形成了星球的“磁場(chǎng)”，而對(duì)地球磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)進(jìn)行的考察，實(shí)際上已屬于流體力學(xué)的范疇，并不能用以剛體作為考察對(duì)象的賈尼別科夫效應(yīng)來進(jìn)行解釋。

（地球磁極）

而即便是地球的磁場(chǎng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，也并不一定會(huì)對(duì)地球的生物圈產(chǎn)生毀滅性的影響。在過去8300萬年的歷史中，地球一共發(fā)生了183次南北極磁場(chǎng)的翻轉(zhuǎn)，平均 每450000 年一次，地球的磁場(chǎng)才可能進(jìn)行一次翻轉(zhuǎn)。盡管在高達(dá)數(shù)百次的地球磁場(chǎng)翻轉(zhuǎn)中，也有地球上生物的大滅絕現(xiàn)象。但是據(jù)科學(xué)家分析，地球的磁場(chǎng)翻轉(zhuǎn)并不是導(dǎo)致生物滅絕的直接原因。而是因?yàn)榈睾酥需F水的流動(dòng)，大陸板塊的漂移，可能造成了地球磁場(chǎng)的翻轉(zhuǎn)，在地球磁場(chǎng)翻轉(zhuǎn)的過程中，也伴隨著火山災(zāi)難的頻繁發(fā)生，而火山的爆發(fā)則是導(dǎo)致地球生物大滅絕的直接原因。

因此，賈尼別科夫效應(yīng)并非是多數(shù)網(wǎng)絡(luò)媒體包裝、渲染的蘇聯(lián)“滅世級(jí)武器”，如果我們細(xì)心觀察，其實(shí)這些看似深?yuàn)W而神秘的物理學(xué)原理，就隱藏在我們的生活中。而揭開它的神秘面紗，只需要一雙我們善于觀察，勇于探索的眼睛。