在日常生活中，我們習慣了站立在堅實的地面上，感受不到地球的自轉。但事實上，地球正以每小時約1670公裡的速度，圍繞地軸自西向東旋轉，完成一次自轉需要整整24小時。這一自然規律，對我們生活在地球上的每一個生物都産生了深遠的影響。
設想一個場景：一架飛機在離地面100米的高度懸空不動，如果忽略空氣阻力，它會随着地球的自轉而一起運動。但問題是，12小時後，這架飛機會不會因為地球的自轉而到達地球的另一邊呢？要解答這個問題，我們需要深入探讨地球自轉的原理，以及物體在地球上的相對運動狀态。
首先，地球的自轉并非意味着地球上的所有物體都會以相同的速度沿着地表做圓周運動。由于地球的巨大尺寸和自轉時産生的離心力，地表不同緯度處的自轉速度是不同的。在赤道上，自轉速度最快，而在極點，自轉速度則降為零。這意味着，即使飛機在100米高度懸空不動，它也會随着地表一起，以不同的速度參與地球的自轉。
曆史宇宙觀的碰撞：地心說與日心說
在探讨飛機是否會在12小時後到達地球另一邊的問題時，我們不得不提及曆史上兩種關于宇宙結構的主要觀點：地心說與日心說。地心說由古希臘哲學家托勒密提出，認為地球是宇宙的中心，而日月星辰都圍繞地球轉動。這一觀點統治了西方科學界近兩千年，直到哥白尼提出的日心說，才為宇宙觀帶來了革命性的變化。
哥白尼的日心說認為太陽是宇宙的中心，而地球則是圍繞太陽轉動的一顆行星。盡管這一理論更為精确地描述了天體運動，但在當時它并未能立即被廣泛接受，其部分原因在于它與人們日常經驗的沖突，以及對傳統觀念的挑戰。特别是，如果地球确實在高速自轉，那麼為何我們感覺不到這種運動？為何地球上的物體不會被甩出去？
這些問題在伽利略的時代成為了科學探讨的焦點。伽利略通過一系列精妙的實驗和觀察，尤其是他的薩爾維蒂的大船例子，為相對性原理提供了有力的支援。他指出，如果一個人在一艘勻速前進的封閉大船内，他無法通過任何船内的現象來判斷船是否在運動。這一原理意味着，無論是在船上還是在地球上，物體的慣性運動狀态是不變的。是以，即使地球在自轉，飛機相對于地面靜止，它也會随着地球一起運動，而不會因為自轉而突然出現在地球的另一邊。
相對性原理：探秘飛機懸空的真相
伽利略相對性原理在解決飛機是否會因地球自轉而移動到地球另一邊的問題中起到了核心作用。這一原理指出，在任何慣性系中，經典力學定律的數學形式是不變的。簡單來說，這意味着在沒有加速度的參考系中，物體的運動狀态不會發生改變。
慣性系是一個理想化的概念，它要求參考系本身做勻速直線運動，不受任何外力的影響。雖然地球表面由于自轉并非嚴格的慣性系，但在分析低速運動物體時，我們可以近似将其視為慣性系。在這種情況下，飛機在100米高度懸空不動時，它的速度相對于地面是0，是以在沒有其他外力作用時，飛機的位移與地面相同，即它将停留在原地。
當飛機随地球自轉時，就像伽利略相對性原理描述的那樣，飛機與地面之間沒有相對加速度，是以飛機和地面的相對位置保持不變。這意味着，盡管地球在自轉，但飛機并不會是以而移動到地球的另一邊。飛機始終與它起飛時的位置相對靜止，這與我們在日常生活中經曆的情形是一緻的。例如，當我們在地面上靜止時，我們并不會因為地球的自轉而感到自己在移動，這就是伽利略相對性原理的直覺展現。
通過以上分析，我們可以得出結論，飛機在100米高度懸空不動，即使經過12小時，它也不會因為地球的自轉而到達地球的另一邊。飛機将保持在原地，與地面的相對位置不變。這一現象正是伽利略相對性原理在實際中的應用。
超越慣性系：傅科擺與地球自轉的證明
雖然根據伽利略相對性原理，飛機在地球表面的懸空不動不會因為地球自轉而移動到地球的另一邊，但這并不意味着地球自轉是不存在的。實際上，地球自轉的事實已被無數實驗和觀測所證明，其中最著名的實驗之一就是傅科擺實驗。
傅科擺是一個巨大的單擺，它能夠在很長時間内保持擺動方向不變。當傅科擺在地球表面某個地點靜止釋放時，由于地球的自轉，擺動平面會逐漸相對于地面發生偏轉。這種偏轉現象證明了地球确實在自轉，而且它為地球自轉提供了直接的實驗證據。
傅科擺的偏轉角度與地球的自轉速度和擺動地點的緯度有關。在赤道上，由于地球自轉速度最大，傅科擺偏轉的角度也最大。而在極點，由于地球自轉速度為零，傅科擺不會發生偏轉。這一現象表明，即使我們無法直接感受到地球的自轉，但通過精密的科學實驗，我們仍然可以确鑿地證明這一自然現象。
總結來說，雖然飛機在100米高度懸空不動，12小時後不會到達地球的另一邊，這展現了伽利略相對性原理的有效性。然而，通過傅科擺等實驗，我們能夠證明地球确實在自轉。這些實驗和理論共同建構了我們對宇宙運動的現代了解，也為實體學的發展提供了重要的基石。
在科學的長河中，每一個看似簡單的問題背後，都可能隐藏着深刻的實體原理。通過不斷的探索和實驗，我們能夠揭示自然界的奧秘，進一步了解我們所生活的這個世界。