神舟十四號乘組航天員陳冬在“天宮課堂”展示了“扳手翻轉(zhuǎn)”的實驗，大家看得目瞪口呆：旋轉(zhuǎn)的T型扳手在沒有人為干涉的情況下，它會自己會周期性掉頭翻轉(zhuǎn)。

因為是科普課堂，受眾很多是中小學生，陳冬沒有過多地解釋其中原理，只說了這叫“賈尼別科夫效應(yīng)”，并且演示了轉(zhuǎn)動扳手不同部位得到的結(jié)果是不一樣的。

實際上，這個現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)人是蘇聯(lián)的弗拉基米爾·賈尼別科夫（Vladimir Dzhanibekov），當時他發(fā)現(xiàn)了這個現(xiàn)象，精通物理的他重復(fù)了幾次實驗，細想如果地球也這樣旋轉(zhuǎn)，那么會不會出現(xiàn)“末日恐慌”？于是，這個秘密被隱藏了十年。

1982年，蘇聯(lián)第二代空間站“禮炮7號”發(fā)生故障，3年后蘇聯(lián)派出兩名宇航員前去維修，一名叫賈尼別科夫，另一名叫薩維尼赫，兩人于6月6日乘坐“聯(lián)盟T-13”成功對接。

經(jīng)過2天的緊張的維修，問題得以解決，但是一個突發(fā)的情況讓賈尼別科夫心有余悸，后來的重復(fù)實驗讓他更加不寒而栗。

他發(fā)現(xiàn)蝶狀的螺母在太空微重力環(huán)境下居然會自動變化方向旋轉(zhuǎn)，重復(fù)幾次后都是這樣的情況。

這引起了賈尼別科夫恐慌，精通物理的他以為只是螺母在微重力環(huán)境下，依靠依慣性旋轉(zhuǎn)，只不過是偏離了中軸線。隨著多次實驗，他感覺不簡單。

于是，賈尼別科夫用橡皮泥又捏了一顆球，在球的一端粘了個金屬螺帽來改變重心，再將它旋轉(zhuǎn)起來。結(jié)果也像之前一樣，每轉(zhuǎn)幾圈就翻轉(zhuǎn)180度，并且多次重復(fù)。

于是，賈尼別科夫就把這個情況緊急匯報給了蘇聯(lián)宇航局，科學家們也大吃一驚，因為按照我們的認知，一個物體不受外界影響會沿著中心軸線一直旋轉(zhuǎn)，正如地球也是這般旋轉(zhuǎn)。

如果將地球看做巨型的蝶型螺母，那么會不會隨著地球自轉(zhuǎn)也會產(chǎn)生這樣的周期性旋轉(zhuǎn)？如果真是這樣，意味著一切物體都有可能快速顛倒過來，那么人類將會迎來至暗時刻。

科學家們想著還未能研究明白其中原理，為了避免引起恐慌，于是將這樣現(xiàn)象的秘密存檔起來，不讓外界知道。

直到90年代，人們當年事件的參與者才發(fā)現(xiàn)這根本不是什么秘密，法國數(shù)學家路易斯·龐索在1834年就將它寫在了書里，只是在地球上受重力影響，不容易被觀察到罷了。所以這一現(xiàn)象被冠以“賈尼別科夫效應(yīng)”而公開，也稱為“賈尼別科夫定理”或“中間軸定理”。此時距離宇航員的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)過去十年。

要理解這個“賈尼別科夫效應(yīng)”就要先了解一個物理學概念：轉(zhuǎn)動慣量。

“轉(zhuǎn)動慣量”其實和動力學中的“慣性”十分相似，它們主要是用來描述旋轉(zhuǎn)運動的，具體定義是這樣的：轉(zhuǎn)動慣量衡量旋轉(zhuǎn)運動的物體由旋轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止狀態(tài)，或者由靜止狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)狀態(tài)的難易程度的物理量。

理論比較費腦，簡單地說，如果一個物體（剛體）沿著xyz軸旋轉(zhuǎn)時，又3個不停轉(zhuǎn)動慣量（質(zhì)量乘以質(zhì)點和轉(zhuǎn)軸的垂直距離的平方），那么就認為它具有3個不同的慣量主軸。

研究團隊通過網(wǎng)球拍實驗，終于明白了原理。T型扳手的作為一個剛體，具3個慣量主軸。

1、圍繞網(wǎng)球拍的X軸（手柄所在的直線）最簡單，轉(zhuǎn)動慣量最小。

2、圍繞著網(wǎng)球拍的Y軸（垂直于XOZ平面）其次，轉(zhuǎn)動慣量第二大。

3、圍繞著網(wǎng)球拍的Z軸（垂直于網(wǎng)格的直線）最困難，轉(zhuǎn)動慣量最大。

實驗表明：單獨圍繞X軸，Z軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動過程都是正常的，沿著Y軸，這種轉(zhuǎn)動慣量中等，轉(zhuǎn)動具有不穩(wěn)定性，球拍表面在這個過程會產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)。

所以，對應(yīng)到陳冬手中的T型扳手，你就會發(fā)現(xiàn)為什么不同的轉(zhuǎn)動方式，得到的結(jié)果是不一樣的。

其實，葉光富之前也嘗試過這樣的實驗，只不過當時他拿著是長柄的T型扳手，讓其圍繞手柄，也就是沿著X軸轉(zhuǎn)動，所以并沒有發(fā)現(xiàn)周期性回轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

明白了這些，你就會感覺當年蘇聯(lián)的保密實際上沒有必要，地球不會發(fā)生這樣的旋轉(zhuǎn)。主要原因有2個：

第一：轉(zhuǎn)動慣量等于“質(zhì)量乘以質(zhì)點和轉(zhuǎn)軸的垂直距離的平方”，帶入地球的相關(guān)數(shù)據(jù)，你會發(fā)現(xiàn)，地球獲得的是最大的慣量。

第二：地球雖然在旋轉(zhuǎn)，但是它不是剛體，內(nèi)部還有海洋、巖漿等液態(tài)，那么三個旋轉(zhuǎn)軸之中就只剩下一個是穩(wěn)定的：轉(zhuǎn)動慣量最大，最「惰性」的那個旋轉(zhuǎn)軸。這就使得地球只能繞著轉(zhuǎn)動慣量最大的主軸旋轉(zhuǎn)，這也符合物理學定律中的最小能量原理。#第三次太空授課活動圓滿成功#

所以，不用擔心地球突然的旋轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)。

（正文完）

如果你還沒有搞明白，不妨找個乒乓球做個實驗吧。就像下圖一樣，分別沿著X,Y,Z軸轉(zhuǎn)幾遍。

轉(zhuǎn)動太快，我將原理圖貼上：

而圍繞最小轉(zhuǎn)動慣量和最大慣量則不會出現(xiàn)那樣的情況。