作者/李健(北京天文馆)

尼古拉·特斯拉是一名机械和电气工程科学家。他曾经夸口说:“如果我愿意，我可以把地球分成两半！”如果地球可以分成两半，它会变成两个“大碗”吗？就像下图中的“裂苹果石”一样。

一切都是有形的:

电磁力是不可缺少的。

世界上所有事物的存在可以大致分为三类:固体、液体和气体。固体的形状虽然奇怪，但总是确定的。固态分子通过电磁力形成化学键。分子间的距离很小，电磁力很大。分子不能自由运动，所以固体有一定的形状。

液体分子之间的距离比固体分子之间的距离长得多，并且分子之间的电磁引力较小，因此分子相对自由地移动，并且可能不在固定的位置，因此液体不具有固定的形状。

例如，如果我们试图消除地球引力的影响，让液滴在太空的失重状态下自由下落，表面张力会使液滴看起来完美地呈球形。这是因为当形状为球形时，液滴的表面势能最小，当势能最小时，系统最稳定，这就是“最小势能原理”。它是许多物理现象背后的“主谋”。

一切都是相连的:

重力无处不在

除了电磁力，宇宙中还有一种无所不在的力，那就是万有引力。但是对于岩石和水滴来说，电磁力比重力强得多。引力随着物体质量的增加而增加，而电磁力只与电量有关，与质量无关。要破坏化学键，所需能量约为10 (-20)至10 (-18)焦耳。假设有一块石头，边长10厘米，密度3克/立方厘米，总质量3公斤，没有外力，里面的分子通过电磁力形成化学键。要破坏这些化学键，所施加的力约为10 8牛顿/平方米。接近这个值的力会使石头变形甚至裂开。

另一方面，只要有质量，就会有万有引力，所以这块小石头里的每个分子都会吸引其他分子。当我们打破化学键，把石头分解成分子时，如果我们想把它们分散开，我们必须克服它们之间的引力。

力量跷跷板:

石头竞技场

电磁力和万有引力像拔河一样在石头中搏斗，但是对于这个10平方厘米的小石头，每个分子的自引力比电磁力小得多，所以石头不可能明显变形。

如果石头的大小增加到10公里，会怎么样？质量的增加会使分子的平均自引力势能增加到10 (-25)焦耳，但电磁力不会随质量而改变。现在两者之间的差距已经大大缩小，但仍有差距。它仍然可以保持立方体的形状。

但是如果它在地球上，情况就大不相同了，因为地球上的所有物体都将受到一种外力——地球对它的引力。随着地球引力的增加，岩石达到了拉伸极限。可以想象，这种大小的岩石不会稳定地存在于地球表面，会被地球引力撕成碎片。这也是为什么地球上没有一座山的高度超过10千米。

地球表面的最高点(珠穆朗玛峰)和

已知最低点的比较(马里亚纳海沟)

关羽标度:

重力主宰世界

如果岩石的质量继续增加到与地球相同的数量级(6× 10 24千克，半径6400千米)，会发生什么？

这时，重力势能和化学键结合能之间的角度力的结果将被逆转。目前，这块巨石每个分子的平均自引力势能已经超过了化学键的结合能，远远高于岩石的拉伸极限。重力将战胜电磁力成为主宰，这块岩石将在自身重力的作用下从内到外被压碎。可能只有离表面3公里以内的部分可以保持完整，但它将不可避免地变形。

那么它会变成什么形状呢？根据最小势能原理，它会变成一个球。在这种尺度下，即使是坚硬的岩石在重力面前也像面团一样柔软，重力会把它“揉捏”成重力势能最小的形状——球体。由于高温和高压(地球有一个固体核心和一个液体外层核心，目前人们对此知之甚少)，它的核心会电离并熔化，产生其他形式的力来与重力竞争。

当然，以上只是我们的意识形态实验。像地球一样大的天体的形成过程非常复杂和漫长。从巨大的石块中直接“变形”是不可能的。

奇怪的形式:

宇宙中的小天体

在电磁力和重力的拉锯战中，结果取决于物体的质量。当硅酸盐天体的质量超过10.20千克(约为地球质量的1/10000)时，它们将因重力而形成接近球形的形状。密度较低的冰物体的临界质量将会较小。

天文观测也证实了这一点。小行星带的第四大恒星沈剑可能位于临界质量附近。它是一个包含大量水冰的天体，它的形状非常接近球形。然而，灶神星是一颗质量和密度都比它高的多岩石行星，尽管重力也试图使它呈球形，但它的形状仍然不规则。然而，小行星或彗星或只有几十公里尺度的原子核远非球形。耳语者2017年对太阳系的访问是“奥罗莫”，形状像雪茄。难怪有人称它为外星飞船。

行星形状:

经过一番努力，球终于赢了。

简而言之，重力不允许大质量的不规则天体存在。像地球这样的岩石行星不是大的或完美的球体，表面有起伏(尽管与行星的半径相比可以忽略不计)。像土星和木星这样的气态巨行星没有固体表面，将会更加均匀，但是会受到另一个因素的影响，即旋转。旋转产生的惯性离心力在赤道附近最大，在两极附近最小，在两极等于零。结果将是恒星的两极比赤道更平，变成椭圆形。木星和土星的旋转周期只有大约10个小时，它们的扁平形状非常明显。

有些人还认为，如果天体旋转得足够快，最终的形状可能不是椭圆形，而是环形，也就是像甜甜圈一样。因为环的势能可能低于椭球的势能，所以它也更稳定。然而，迄今为止还没有观察到这样的天体，这仍然只是理论上的推测。此外，从恒星、行星和卫星的形成过程来看，一大堆快速运动的物质能否顺利聚合可能是个问题。

现在我们可以回到本文开头提出的问题。如果有一个力把地球分成两半，并把两个半球拉开(这至少需要2×10 ^ 30牛顿的力！)，因为每个半球的质量仍然高达3× 10 24千克，比10 20千克大得多，它们在自身重力的作用下仍然会变成球形。也就是说，即使地球可以像西瓜一样被切成两半，它也只会变成两个球，而不是两个半球。