什么是完全失重？太空中的失重不同于飞机降落或电梯下降时产生的失重感，前者是完全失重，而后者不是，因为当加速度不等于重力加速度时，机舱或电梯底板对人还有一个向上的托力。完全失重时物体的视重突然变成零，也就是说在物体自由下落时，如果你去称它的重量的话是零。其原因是物体受到万有引力作用，而且向下的加速度等于重力加速度，其全部重力都提供给了物体向下的加速度。这样就可以解释为什么我们抛一个石子，它划出来的是抛物线，因为石子处于完全失重状态，竖直方向的自由落体运动与水平方向的匀速直线运动合成后的运动轨迹为抛物线。为什么月球绕着地球转的轨道是一个椭圆？因为虽然月球处于完全失重状态，但在远地点和近地点，由于月球与地球的距离不一样，因此重力提供的向心力大小也不一样，所以月球不是做严格的圆周运动。有些卫星，它升空后的飞行轨道就是一个非常完美的椭圆。
其实，看似在稳定轨道上环绕地球运行的卫星也是一直处于垂直的“自由坠落”状态的，只是由于其沿轨道水平方向运动的速度（俗称线速度）实在太快了，使得运行轨迹形成的圆弧始终追不上地球本身的弧度，就好像抛出去的石头，虽然形成了抛物线，却始终落不了地。所以，虽然卫星看起来是沿着椭圆轨道在绕地球运动，但其实它也是失重的。
我们在电视里看到人和物是飘在太空中的，这就是完全失重现象。我们在日常生活中也可能短暂地体验过失重状态，比如电梯向下运行，飞机突然降落，我们都会有失重的感觉。在完全失重的状态下，有些我们平常熟悉的仪器，比如托盘天平就没有办法使用了。因为托盘天平两边都是零状态，我们没有办法称量。但是弹簧还是可以使用的，因为弹簧满足的是胡克定律，拉弹簧还是产生拉力的。
胡克定律曾译为虎克定律，是力学弹性理论中的一条基本定律，表述为：固体材料受力之后，材料中的应力与应变（单位变形量）之间呈线性关系。满足胡克定律的材料称为线弹性或胡克型材料。
宇航员和太空卫星或者太空舱里的物体一样，是跟着飞船或者太空舱绕着地球转的，所以他会跟其他物体一样是完全失重的，这时他会失去对重量的感觉。进入失重状态后宇航员会在飞船中飘浮。这是因为缺乏向下的引力，所有的引力都用来做椭圆运动了。双脚在太空舱里是自然离地的，身体是悬浮在空中的，这时宇航员不能正常行走，只能用双手推着太空舱舱壁上的扶手做身体移动。
人类能够利用失重条件做什么？我举几个事例来帮助你思考。这里所举的事例还没有完全实现。
比如，在失重条件下，熔化的金属液滴是完全理想的球形状态。在地面上重力会让金属液滴变成我们通常知道的水滴一样的形态，但是在太空舱里没有重力，因此它能成为一个所有的方向都一样的完美的球形，所以在太空中我们可以制造出完美的滚珠。
还有玻璃纤维，诺贝尔物理学奖得主、光纤之父高锟于1964年提出以玻璃纤维代替导线。玻璃纤维是现代通信技术中的重要材料。在地面上，我们不能自然地制造非常长的玻璃纤维，因为还没有等到液态的玻璃凝固，它就已经被重力拉断变成很多段了。而在太空轨道上，我们未来可以制造出很长，比如几百米长的玻璃纤维。
在太空轨道上，我们还可以制造一种新的泡沫金属。原因很简单，地球上，水中的气泡会浮上来，因为气泡的重量比水轻，那么当金属液体在太空中失重了，如果里面出现气泡，气泡不会向上浮，而是会固定在一些位置上，这就形成了泡沫金属。泡沫金属可以制成很轻的像软木塞式的泡沫钢。泡沫钢可以做飞机的机翼，又轻又结实。
同样的道理，在失重条件下，混合物可以均匀地搅拌混合，由此可以制造出地面上不能制造的特别的合金钢。
电子工业、化学工业、核工业等部门，对高纯度材料的需求不断地增加，有的要求的纯度非常高。在地面上，冶炼金属需要在容器里进行，这样总会有一些容器的微量元素渗入冶炼的金属中。而太空中悬浮的冶炼，是在失重条件下进行的，不需要容器，所以可以消除容器对材料的污染，这样可以获得纯度非常高的产品。
电子技术中所用的晶体，在地面生产时受到重力的影响，它的大小是有限的，而在失重的条件下，可以生产出很大且非常均匀的晶体。
在太空失重的条件下能生产出很多地面上难以生产的产品。因此，在太空建立工厂已经不再是一个幻想。在不远的将来，人类一定能够利用失重的条件生产出各种特殊材料，促进各个产业的发展。
谈到将来，让人不由想到电影《火星救援》，这部电影讲述了人类首次登陆火星的冒险故事，它能给我们哪些启示呢？关于这个问题，就从人类对火星的向往谈起吧。(www.xing528.com)
人类为什么向往火星？一直以来，人类对火星的描述充满想象。古代人非常惊讶于火星是红色的。火星的亮度呈周期性的变化，跌宕起伏，所以我国古书上将火星称为“荧惑星”。
1964年11月28日，美国发射了“水手4号”火星探测器，它是第一个成功飞越火星的宇宙飞行器。“水手4号”探测器回传了第一张火星表面的照片，这张充满了陨石坑的死寂世界的照片震惊了科学界。而为了纪念“水手4号”航天飞船的成功发射，每年的11月28日被定为“火星日”。人类对火星非常向往，不仅观测，还创作了诸多与火星相关的文艺作品，比如著名的电影《火星救援》。
《火星救援》是由美国二十世纪福克斯电影公司出品的科幻冒险片。该片根据安迪·威尔的同名小说改编，故事情节是：载人航天飞船“阿瑞斯3号”成功抵达火星，谁知一场破坏力极其巨大的风暴向宇航员们袭来，“阿瑞斯3号”被迫中断任务，紧急返航。撤离途中，宇航员马克·沃特尼被飞船上吹落的零件击中，生还希望渺茫，队友们只得匆匆返航，并向世人宣告马克已牺牲。出乎意料的是，马克靠着自己丰富的知识和经验进行自救并成功地回到了地球上。
《火星救援》里有什么真实的美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）的科技吗？尽管小说的故事发生在2030年，但NASA现在就已经拥有了电影中出现的许多技术，比如太空农场，放一点火星表面上的土，将那些土提纯成类似地球上的土，就可以种土豆了。如果我们想在火星上生存，就必须有持续的食物来源，因此在火星上种土豆非常重要。目前，在地球的近地轨道附近，生菜是最为充足的作物，在国际空间站有一套可以应用的蔬菜种植系统—Veggie系统，使用红色光、蓝色光、绿色光照射植物。Veggie系统可以使植物长在含有介质和肥料的“枕头”上，这个“枕头”表层有能进行毛细作用的小袋子，并能被宇航员回收。2014年，宇航员通过这个系统成功种植了一种红色的长叶莴苣，并第一次品尝了这种宇宙蔬菜。这是太空种植上重大的一步。同时，NASA也希望进一步扩展作物的数量和种类，以满足未来在太空的宇航员的营养需求。
太空农场是在太空种植绿色植物的场所，可以就地解决宇航员所需的食物、氧气和水等最基本物资的供应问题。
太空栽培技术是实现未来长期载人星际旅行、移民的关键技术和难题之一。
除了太空栽培技术，《火星救援》中出现的太空交通工具，也是不得不提的。当人类降落在火星上后，他们至少要在火星上待一段时间，比如一年时间，以等待火星和地球运行到最近的距离上再回地球。这就给了宇航员们大量的时间进行实验，探索周围环境。如果宇航员不想把探索范围限制在步行可及的范围内，他们就需要可靠的火星探测器。
人类要想在火星上生存还有哪些待解决的问题呢？人类生存所必需的基本条件就是水。水是生命之源，火星上的水资源实在太稀少了，因为它没有天然水。2015年，NASA宣布他们在火星发现了液态水，但这些液态水也只是含有高氯酸盐的有毒卤水，分布在少数的火星撞击坑陡坡上。这样的话，如何获取宇航员在火星生存所需要的水的确是一个巨大的难题，因此再生水回收系统就变得非常重要了。影片《火星救援》中，聪明的马克每天计算自己所需摄入的热量（卡路里）和水，他不会浪费任何一滴水。他研发了一套再生水的回收系统，尽可能收集火星居住舱内所有的水汽，这样才能让自己生存下去。现实中，这样的再生水回收系统已经在国际空间站得到了成功应用。在国际空间站，任何一滴汗水、眼泪或尿滴都不会被浪费。这种新的净水系统被称为“水膜”。这种隔膜利用纳米技术和调节生物体水分的蛋白质技术，可以将汗液、尿液等废水转化为可饮用水。
除了食物和水，在火星上生存还有一个非常重要的条件—氧气。火星上没有氧气，火星生存所需要的氧气，也是来自水的分解，以电解方式分离水分子中的氧气和氢气，氧气释放到空气里维持生命，氢气则进入循环系统再制造水，这套自养设备已经成功地应用于国际空间站。
火星生存最大的挑战是什么？《火星救援》对火星辐射的描述相对较少，这可不是因为火星上的辐射较弱，相反，由于它的大气层很薄，火星上的辐射非常强，以至于科学家至今还没有研发出适当的防护用具。未来载人火星飞船很可能会配备一间“太阳风暴庇护所”，当发生太阳风暴时，宇航员可以暂时在那里躲避。在载人火星飞船登陆火星前，科学家希望了解火星的辐射环境，以便为宇航员设计辐射的防护系统。2011年发射的“好奇号”火星探测器搭载了一个辐射评估探测器，用于测量飞船内部的高能粒子辐射环境，目的是为未来载人火星飞行提供基础数据。
“好奇号”火星探测器
说到量子，大家都会想起电影《蚁人》里那个神秘又危险的量子领域，那么真实的量子世界是这样的吗？为什么我们说量子力学是对经典物理学的颠覆？薛定谔的猫死了吗？人的自由意志和量子有关吗？
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