Geum.ru

Что в каждой точке мир весь мир сосредоточен

Вид материалаДокументы

Содержание


Сила, которая движет мирами
Двигатель вселенной
Подобный материал:
1   ...   29   30   31   32   33   34   35   36   ...   43

известных физикам сил, почему особое значение придается именно

влиянию планет? Разные школы астрологии считают, что планеты

влияют на людей тяготением, приливными силами или магнетизмом.

Но ведь даже студент-первокурсник может рассчитать величину

этих сил. И такие расчеты, конечно, есть. Они показывают, что

акушер, принимающий ребенка, оказывает на него гравитационное

воздействие в шесть раз более сильное, а приливное действие в

два триллиона раз более сильное, чем Марс. Масса врача

несоизмеримо меньше, чем планеты, но она горазда ближе к

ребенку.

Если же астрологическое влияние осуществляется

неизвестной силой, может ли быть такое, что эта сила не зависит

от расстояния? Все известные дальнодействующие силы ослабевают

с расстоянием. Тысячи лет назад люди об этом, по всей

видимости, еще не знали, поэтому неудивительно, что в

астрологии считается, будто влияние планет никак не зависит от

их расстояния до нас. Марс влияет на ваш гороскоп одинаковым

образом и в то время, когда он по ту же сторону от Солнца, что

и Земля, и в тот период, когда он в семь раз дальше от нас, то

есть по другую сторону от Солнца. Обнаружить силу, действие

которой не зависит от расстояния, -- такое потрясло бы основы

физики!

А если уж астрологическое влияние действительно не зависит

от расстояния, тогда почему астрологи не учитывают влияния

звезд, галактик и квазаров? Французский астроном Жан-Клод Пекер

считает, что астрологи не должны ограничиваться одной Солнечной

системой. Неужели миллиарды огромных небесных тел, разбросанных

по Вселенной, не добавляют свое действие к влиянию нашего

крошечного Солнца, планет и Луны? Можно ли считать гороскоп

полным, если в нем не учтены Ригель, пульсар в Крабовидной

туманности и галактика Мессье 31?


* ЧАСТЬ 3. В БЕЗДНАХ ВСЕЛЕННОЙ *


Но для бездн, где летят метеоры,

Ни большого, ни малого нет,

И равно беспредельны просторы

Для микробов, людей и планет.

В результате их общих усилий

Зажигается пламя Плеяд,

И кометы летят легкокрылей,

И быстрее созвездья летят.

И в углу невысокой Вселенной,

Под стеклом кабинетной трубы,

Тот же самый поток неизменный

Движет тайная воля судьбы.

Там я звездное чую дыханье,

Слышу речь органических масс

И стремительный шум созиданья,

Столь знакомый любому из нас.


Николай ЗАБОЛОЦКИЙ


СИЛА, КОТОРАЯ ДВИЖЕТ МИРАМИ


Одна из аксиом современной науки гласит: любые

материальные объекты во Вселенной связаны между собой силами

всемирного тяготения. Благодаря этим силам формируются и

существуют небесные тела -- планеты, звезды, галактики и

Метагалактика в целом. Форма и структура этих тел и

материальных систем, а также относительное движение и

взаимодействие определяются динамическим равновесием между

силами их тяготения и силами инерции масс.

В течение всей своей жизни человек ощущает силу тяжести

своего тела и предметов, которые ему приходится поднимать.

Одной из главных забот, с которыми сталкиваются люди, летая в

околоземном пространстве на самолетах, ракетах и космических

аппаратах, является преодоление сил тяготения с помощью

различных двигателей с источниками энергии. И вместе с тем,

несмотря на обыденность и кажущуюся простоту этого явления,

физическая природа сил тяготения неясна. Автором открытия сил

тяготения считается Исаак Ньютон (правда, приоритет открытия

закона всемирного тяготения оспаривал его современник --

известный английский ученый Роберт Гук).

Однако еще на полтора века раньше до Ньютона и Гука

знаменитый польский ученый Николай Коперник писал о тяготении:

"Тяжесть есть не что иное, как естественное стремление, которым

отец Вселенной одарил все частицы, а именно соединяться в одно

общее целое, образуя тела шаровидной формы". Аналогичные мысли

высказывали и другие ученые. Найденные Ньютоном и Гуком формулы

закона тяготения позволили с большой точностью рассчитать

орбиты планет и создать первую математическую модель Вселенной.

Однако раскрыть природу тяготения авторам этого закона не

удалось. В истории известны попытки решить данную задачу. В

середине прошлого века Джеймс Клерк Максвелл, создатель теории

электромагнетизма, решил, что гравитация (тяготение) имеет

электромагнитную природу. Он предложил модель поля тяготения в

виде силовых линий в упругой среде (в эфире), заполняющей все

пространство. В разработке электромагнитной теории гравитации

принимали участие и сделали оригинальные предложения другие

известные ученые: Г. Лоренц, А. Пуанкаре и А. Эйнштейн.

Тем не менее до сих пор физическая сущность всемирного

тяготения остается тайной. Более того, на сегодня сложилось два

по существу диаметрально противоположных взгляда на природу

тяготения. Ученые спорят о природе тяготения: имеет ли оно

вещественно-энергетический субстрат в виде квантово-полевых

образований (материальных частиц -- гравитонов) или же

обусловлено исключительно геометрическими свойствами

пространственно-временного континуума. Так, согласно

геометрической трактовке, отнюдь не силы тяготения

обусловливают отклонение вблизи Солнца, проходящего мимо

светового луча далекой звезды (рис. 104), а искривление

пространства-времени под воздействием дневного светила (рис.

105). Кредо тех, кто отстаивает последнюю точку зрения: "Физика

есть геометрия"*. Однако такие геометрические понятия, как

кривизна, многомерность, неевклидовость, сингулярность и т.п.

(это уже было показано в первой части книги), являются чистыми

математическими отношениями и не имеют субстанциального

выражения.

Сформулированный Ньютоном закон всемирного тяготения стал

одним из выдающихся достижений в области естествознания за всю

историю его существования. Этот закон позволил на строгой

научной основе подвести физическую базу под

философско-космистские положения о материальном единстве мира,

всеобщей взаимосвязи всех природных явлений. Закон всемирного

тяготения оказался одним из самых впечатляющих и вместе с тем

загадочных основоположений теоретического естествознания.

Применение этого закона позволило добиться выдающихся успехов в

области небесной механики (предсказавшей "на кончике пера"

существование ранее неизвестных планет) и астрофизики,

космологии и практического освоения космического пространства,

позволило летательным аппаратам и человеку преодолеть земное

притяжение и осуществить прорыв в просторы Вселенной. У

некоторых мыслителей возникло даже искушение раздвинуть границы

его применения. Так, один из главных представителей

утопического социализма, Сен-Симон, пытался перенести действие

закона всемирного тяготения на общественные отношения и на

данной основе построить свою систему будущего гармонического,

свободного от эксплуатации строя.

После опубликования ньютоновских "Начал" обозначилась и

стойкая тенденция интерпретировать закон всемирного тяготения

как результат и свидетельство божественного проявления. Вот

типичный образчик подобного истолкования закона Ньютона,

выраженный в стихотворной форме:

...И нарекли человека Ньютоном,

Он пришел и открыл высший закон,

Вечный, универсальный, единственный, неповторимый, как сам

Бог,

И смолкли миры, и он изрек: "ТЯГОТЕНИЕ",

И это слово было самим словом творения.


Следует сказать, что на самого Ньютона и дальнейшую

интерпретацию его идей оказали заметное влияние так называемые

кембриджские платоники (в Кембридже, где творил Ньютон, всегда,

вплоть до наших дней, были сильны и живучи мистические

традиции). Сам Ньютон -- хотя об этом и не любят вспоминать, а

тем более писать -- также не чурался мистицизма: он всерьез

интересовался вопросами астрологии и даже алхимии. Отсюда -- и

известный иррационализм, невозможность вразумительного

объяснения природы гравитационных сил. Кстати, до сих пор нет и

общепризнанного объяснения, что же такое сила или что такое

масса.

И все же с помощью открытых Ньютоном простейших формул, в

которых участвуют только массы тел и силы, действующие между

ними, удается описать процессы взаимодействия любых

материальных объектов природы -- живых и неживых, земных или

космических. При этом не следует забывать, что силы

взаимодействия между телами не являются у Ньютона какими-то

абстракциями (например, векторами, как их изображают при

математическом описании задач механики), а вполне материальными

силами, возникающими как результат действия масс материальных

тел при их ускоренном или замедленном движении. Благодаря своей

материальности силы ограничены быстродействием и дальностью

действия. Убедиться в этом можно на любом примере. Каждый из

нас, пользуясь силой своих мышц, замечает, что их

быстродействие ограничено, а сама сила является результатом

преобразования в материальных телах одних видов энергии в

другие (аналогичные примеры можно наблюдать при силовом

действии пружин, упругих тел и т. п.).

Классическая механика установила, что массы тел не

исчезают и не возникают из ничего, а физические процессы не

могут протекать без сил. Кроме того, протекание физических

процессов между телами является объективной реальностью и не

зависит от наблюдателя, если он не оказывает силового

воздействия на этот процесс. Еще одна особенность классической

механики: в ней нет абсолютизации скорости движения тел, она

справедлива и может быть использована для любых скоростей

движения тел, без ограничения. Однако, Ньютон был деистом:

первопричиной (точнее -- первотолчком природы) он считал Бога.

Потому при чтении ньютоновских трудов встречаются формулировки,

которые могут трактоваться различным образом. Например, такая

формулировка, как "природа подчиняется математическим законам",

требует специального пояснения. Дело в том, что

абстрактно-математический аппарат лишь описывает объективные

закономерности природы (например, тяготение) и помогает в их

познании. Напрямую утверждать, что математические

закономерности лежат в основе природы, нельзя. Ибо, по

существу, это означает признание первичности идеальных

абстракций по отношению к объективной реальности. Поэтому и

приходится делать соответствующую поправку, чтобы исключительно

важная роль математики все же не абсолютизировалась и не

приводила тем самым научное познание к крену, чреватому далеко

идущими последствиями. Но полностью избежать "волчьих ям"

удается не всегда и не всем. Некоторые современные истолкования

тяготения -- характерный тому пример.


ДВИГАТЕЛЬ ВСЕЛЕННОЙ


В процессе общей работы и дискуссий с В.П. Селезневым

удалось найти нетривиальный подход к пониманию природы сил

тяготения и той роли, которую они играют во Вселенной. Ниже

излагается данная концепция, как она впервые была представлена

в нашей совместной и уже цитированной книге "Мироздание

постигая: Несколько диалогов между философом и

естествоиспытателем о современной научной картине мира" (М.,

1989).

В классической механике небесные тела, притягиваясь

взаимно с помощью гравитационных полей, движутся под действием

сил тяготения и инерции по некоторым орбитам в космическом

пространстве, которое отождествляется с пустотой. Однако эта

идеальная картина Вселенной не согласуется с реальным

состоянием космического пространства. Установлено, что это

пространство содержит рассеянные молекулы веществ, атомы, ионы,

электроны, фотоны и другие частицы, крупные тела -- метеориты

и, наконец, -- множество различных полей. Плотность

распределения этих частиц и полей в пространстве неравномерная,

однако при движении больших небесных тел -- галактик, звезд и

планет -- такая "запыленная" среда может оказывать

сопротивление. Вследствие этого небесные тела должны постепенно

терять свою кинетическую энергию и сближаться под действием сил

тяготения. Для Солнечной системы это означало бы, что с

течением времени Луна, например, упала бы на Землю, а Земля и

другие планеты -- на Солнце.

Тем не менее, несмотря на эти условия, небесные тела в

течение времени, исчисляемого миллиардами лет, сохраняют

параметры своих орбит практически неизменными, а Вселенная в

целом существует вечно. Чтобы сохранить подобное почти

стационарное состояние Вселенной, необходимо иметь какой-то

источник энергии, который позволял бы скомпенсировать расходы

энергии, затрачиваемые на сопротивление космической среды.

Существует ли он в природе? Этот вопрос является исключительно

сложным, но зато -- и особенно интересным. По существу, речь

идет о том, существует ли некоторый единый механизм --

"Двигатель Вселенной", поддерживающий определенное ее

состояние.

В первом приближении классическая небесная механика дает

на это следующий ответ: Вселенная поддерживается в определенном

динамическом равновесии с помощью сил тяготения небесных тел и

сил инерции их масс без учета материальности космической среды.

Конечно, математическая модель даже такой Вселенной чрезвычайно

сложная, но принципиально ее можно описать и даже

промоделировать с помощью современных ЭВМ. Однако реальная

структура космического пространства создает некоторый эффект

торможения движению небесных тел. Небесная механика позволяет

исследовать и этот эффект, однако она не дает ответа на вопрос

- почему же Вселенная преодолевает торможение движения небесных

тел и откуда она находит энергетические ресурсы для

восстановления расходуемой энергии? Чтобы выявить подобные

энергетические ресурсы, необходимо более детально рассмотреть

особенности гравитационного взаимодействия между небесными

телами.

Распределенная масса небесных тел приводит к существенному

изменению гравитационных взаимодействий между телами. Поскольку

каждая материальная частица небесного тела является источником

гравитационного поля, результирующее (или суммарное) поле

жестко связано с телом и участвует в его вращении вокруг центра

масс как одно целое. Это означает, что гравитационное поле не

только охватывает значительное пространство вокруг тела, но и

вращается вместе с телом, увлекая за собой все другие внешние

взаимодействующие материальные объекты. Но вращение

гравитационного поля небесного тела само по себе не может

служить источником дополнительной энергии. Нужен какой-то

дополнительный эффект в небесной механике. И вот здесь-то и

требуется сделать еще один шаг в изучении гравитационного поля,

основанный на учете влияния относительного движения тел на силу

их взаимного притяжения. В статических условиях, когда тела

неподвижны относительно друг друга, сила Q0 их взаимного

притяжения пропорциональна произведению масс этих тел и обратно

пропорциональна квадрату расстояния между ними (закон

всемирного тяготения).

Что же произойдет с силой притяжения, если тела будут

сближаться или ударяться относительно друг друга с некоторой

скоростью V? Поскольку скорость распространения гравитационного

поля относительно излучающего тела имеет конечную величину

(обозначим С -- скорость поля относительно излучающего тела),

следовательно, она зависит также и от скоростей относительного

движения тел (полагаем, что закон сложения скоростей справедлив

для всех материальных объектов, включая и физические поля).

Благодаря этому сила Q гравитационного притяжения будет

зависеть не только от масс тел и расстояний между ними, но и от

величины относительной скорости V. Установлено, что при

сближении тел, летящих со скоростью V, сила их взаимного

притяжения Q будет несколько меньше, чем ее статическое

значение Q0(QQ0).

Зависимость силы Q от скорости V может иметь сложный нелинейный

характер.

Между тем зависимость силы взаимного тяготения тел от

относительной скорости между ними в классической механике не

была учтена. Однако влияние относительного движения тел на

физические процессы взаимодействия между ними проявляется

повсеместно в природе. В частности, при больших скоростях

относительного движения, близких к скорости света, происходят

релятивистские эффекты, вызванные существенным изменением сил

взаимодействия. Какое же новое качество вносится в небесную

механику при количественном изменении сил всемирного тяготения,

вызванном скоростями относительного движения тел?

Прежде чем делать широкое обобщение о влиянии скоростей

относительного движения тел в небесной механике, необходимо

рассмотреть пример, позволяющий уяснить существо данной

проблемы для земных условий. Предположим, что наблюдатель

находится внутри космического корабля, летящего вокруг Земли в

направлении ее вращения по экваториальной круговой орбите с

периодом Т более суток (Т>24 часов). Земное гравитационное поле

вращается вместе с Землей и совершает один оборот за сутки,

обгоняя космический корабль (рис. 106). Рассматривая движение

Земли, наблюдатель обнаружит, что поверхность ее восточного

полушария будет удаляться от корабля, а западного --

приближаться к нему вследствие вращения Земли вокруг своей оси.

Разделим мысленно массу mо Земли на западную и восточную

половины полушарий и заменим эти массы на эквивалентные

материальные точки (с массами 1/2m0), расположенные в центрах

масс полушарий (точки О1 и O2 на расстоянии 1 друг от друга).

Если соединить прямыми линиями центры масс земных полушарий и

центр массы корабля (точка О с массой m), то образуется

равнобедренный треугольник с углом d при вершине (точка О).

Сила Q1 гравитационного тяготения западного полушария

направлена по линии O1O, а восточного -- (Q2) -- по линии O2O.

Вследствие суточного вращения Земли с угловой скоростью

массы всех частиц восточного полушария будут удаляться от

корабля, а западного -- приближаться. По этой причине сила

тяготения эквивалентной материальной точки восточного полушария

(Q2) несколько увеличится, а западного полушария (Q1) --

уменьшится. Сумма проекций сил Q1 и Q2 на радиус-вектор,

соединяющий центры масс всей Земли и корабля, образуют вектор

радиальной силы тяготения Qр. Сумма проекций этих сил на

касательную к орбите корабля Qт определяет собой тангенциальную

силу. Роль таких сил в динамике движения космического корабля

следующая.

Радиальная сила Qр, будучи уравновешенной центробежной

силой, создаваемой массой корабля при движении по орбите,

обеспечивает определенную величину орбитальной скорости в

соответствии с известными ньютоновскими расчетами (скорость

обратно пропорциональна корню квадратному из расстояния от

центра Земли до корабля). Тангенциальная сила Qт является новым

компонентом небесной механики, возникающим при учете угловой

скорости вращения распределенных масс небесных тел и

относительной скорости их центров масс. Величину этой силы

можно определить, зная, что:

w и w1 -- угловые скорости Земли (или земного

гравитационного поля) и радиус-вектора корабля (линия,

соединяющая центры масс корабля и Земли);

Сп -- скорость распространения гравитационного поля;

l -- расстояние между центрами масс западного и восточного

полушарий Земли;

h -- расстояние между центрами масс Земли и корабля.

Замечаем, что величина тангенциальной силы зависит от разности