Что в каждой точке мир весь мир сосредоточен

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

1 ... 30 31 32 33 34 35 36 37 ... 43

угловых скоростей w и w1. Если Земля вращается быстрее (w>w1),

то гравитационное поле обгоняет космический корабль и как бы

подталкивает его (сила (Qт>0), увеличивая тем самым орбитальную

скорость движения. В случае, если угловая скорость Земли меньше

w1, сила Qт меняет свое направление на противоположное (Qт<0) и

становится тормозящей. При w1 = w, когда период орбитального

движения корабля равен земным суткам, тангенциальная сила

исчезает (Qт = 0).

В реальных условиях космическое пространство может

оказывать некоторое сопротивление движению корабля с силой F,

которая зависит от плотности окружающей среды, миделя сечения

корабля, коэффициента его аэродинамического сопротивления и,

конечно, от орбитальной скорости движения. Продольное движение

корабля с орбитальной скоростью Vорб. может быть найдено из

уравнения динамики Ньютона, в котором сила инерции корабля

уравновешивается разностью сил Qт и F. Если Qт>F, ТО

Тангенциальная сила превосходит силу сопротивления и скорость

Vорб корабля увеличивается. При этом центробежная сила массы

корабля также возрастает, в результате чего корабль

переместится на более высокую орбиту (расстояние h увеличится).

Поскольку сила Qт пропорциональна h-3, увеличение расстояния h

приведет к резкому сокращению силы Qт до тех пор, пока она не

уравновесится силой F. В этом случае наступит динамическое

равновесие: тормозящий эффект окружающей среды будет полностью

устранен, а корабль будет двигаться по новой стационарной

орбите.

Если же сила торможения F будет превосходить Qт, то

орбитальная скорость уменьшится, корабль начнет перемещаться на

более низкую орбиту до тех пор, пока возрастающая сила Qт не

уравновесит силы торможения. Таким образом, вращающееся

гравитационное поле небесных тел становится своеобразным

регулятором параметров небесной механики в условиях, когда

окружающая космическая среда может оказывать сопротивление

движению тел.

В рассматриваемом примере анализировалась механика

движения гипотетического космического корабля. Но какова же

судьба реальных спутников Земли -- Луны и искусственных

спутников, созданных человеком? Условия для движения Луны

вокруг Земли самые благоприятные. Если Земля совершает вокруг

своей оси один оборот в сутки (точнее -- за 23 часа 56 минут

4,1 секунды), то Луна совершает полный оборот вокруг Земли за

27 дней 43 минуты 11 секунд. Это означает, что гравитационное

поле Земли более чем в 27 раз быстрее вращается, чем

радиус-вектор, соединяющий центры масс этих небесных тел.

Следовательно, на Луну непрерывно действует тангенциальная сила

Qт, направленная на преодоление сил сопротивления околоземной

космической среды. Параметры орбиты Луны, как следует из

помещенных выше выводов, поддерживаются стабильными благодаря

тому, что движущая сила (Qт) и сила сопротивления среды

полностью уравновешены в данное время.

Более разнообразная ситуация возникает у спутников Марса.

Один из его спутников -- Фобос -- вращается вокруг Марса более

чем в три раза быстрее, чем сама планета, тем самым обгоняя

вращающееся гравитационное поле. Это означает, что

гравитационное поле Марса тормозит спутник Фобос и он должен

постепенно снижаться, теряя имеющийся запас кинетической

энергии. В конце концов такой "падающий" спутник должен войти в

плотные слои марсианской атмосферы, частично сгореть и затем

разбиться о поверхность планеты. Более счастливая судьба у

другого спутника Марса -- Деймоса. Его период обращения

превышает марсианские сутки, гравитационное поле планеты

обгоняет и подталкивает спутник. Следовательно, орбита Деймоса

является достаточно стабильной и этот спутник можно отнести к

числу долгожителей.

Совершенно другие условия складываются для искусственных

спутников Земли. Большая часть таких спутников движется по

орбитам с периодом менее суток. Это означает, что такие

спутники обгоняют вращающееся гравитационное поле Земли. В этом

случае разность угловых скоростей w --w1<0 и тангенциальная

сила не ускоряет, а тормозит движение спутников вместе с силами

сопротивления окружающей среды. Следовательно, подобные

спутники являются "падающими", то есть они постепенно должны

уменьшать свою орбитальную скорость и снижаться. Для

восстановления первоначальных параметров орбит у таких

спутников требуется проводить коррекцию, то есть создавать силу

тяги ракетных двигателей для компенсации тормозящего эффекта от

суммы сил (Qт + Р).

Из рассмотренного следует, что "гравитационным

двигателем" в Солнечной системе является само Солнце. Каковы же

условия сохранения параметров движения планет Солнечной

системы, учитывая существенную запыленность околосолнечного

пространства (влияние солнечного ветра)? Гравитационное поле

Солнца является силовой основой динамики движения планет.

Угловая скорость вращения (w) этого поля -- один оборот за 25

дней 9,1 часа -- намного превышает угловую скорость

радиус-векторов планет, соединяющих их центры масс с центром

массы Солнца. Следовательно, вращающееся гравитационное поле

Солнца создает для всех планет ускоряющую тангенциальную силу,

помогающую этим планетам преодолевать сопротивление космической

среды.

Астрономические наблюдения показывают, что орбиты всех

планет Солнечной системы весьма стабильны. Это означает, что в

процессе эволюции Солнечной системы каждая планета постепенно

перешла на такой режим движения, когда центральная сила

тяготения оказалась уравновешенной центробежной силой инерции,

а сила сопротивления среды -- тангенциальной силой вращающегося

гравитационного поля Солнца. При этом надо иметь в виду, что

плотность материи, распыленной в пределах Солнечной системы,

убывает по мере увеличения расстояния от Солнца. Кроме того,

планеты существенно различаются между собой по массе, объему и

характеристикам аэродинамического сопротивления, что в

совокупности с другими условиями движения и предопределяет

большое разнообразие форм и параметров планетных орбит.

В рассмотренной картине мира вращающееся гравитационное

поле Солнца является своеобразным двигателем всей Солнечной

системы. При этом расходуется кинетическая энергия вращения

Солнца на преодоление сопротивления среды движения всех ее

планет. Но не получится ли так, что Солнце израсходует всю свою

кинетическую энергию вращения и остановится, а планеты, не

ускоряемые тангенциальными силами, постепенно упадут на Солнце?

Высказанное опасение вполне обоснованное. Однако и в этом

вопросе Природа нашла убедительный ответ. Как известно, в

межзвездном и околосолнечном пространстве рассеяно значительное

количество материи, которое непрерывно пополняется за счет

выбрасывания (излучения) потоков вещества и мелких частиц самим

Солнцем и звездами (результат ядерных процессов, происходящих

внутри этих небесных тел). Радиальная сила тяготения Qр Солнца

притягивает большие массы вещества, рассеянного в окружающей

среде (рис. 107). Этот поток вещества (пыль, метеориты и т.

п.), устремляясь к Солнцу с нарастающей скоростью, сообщает ему

значительную кинетическую энергию и пополняет запасы вещества.

В этом процессе "дозаправки" Солнца интересную роль играют

тангенциальные силы Qт вращающегося гравитационного поля.

Благодаря этим силам падающая на солнечную поверхность

космическая материя приобретает тангенциальную составляющую

скорости, направленную в сторону вращения Солнца.

Следовательно, на Солнце падают потоки материи из космического

пространства не радиально, а под некоторым углом к поверхности,

создающие дополнительную кинетическую энергию его вращения и

тем самым компенсирующую в какой-то мере расходы энергии на

движение планет. Конечно, это не "вечный двигатель", но

работает он в достаточно устойчивом режиме в течение многих

миллиардов лет вполне успешно. Об этом убедительно говорит

история существования Солнечной системы.

Есть еще один "трудный" вопрос, связанный с законом

всемирного тяготения. По Ньютону, гравитационная сила действует

мгновенно и на неограниченное расстояние, то есть с бесконечной

скоростью. В начале века пытались наложить ограничение на это

принципиальное положение, ссылаясь на теорию относительности,

запрещавшую скорости, превышающие скорость света. Как мы уже

убедились, подобные "запреты" оказались несостоятельными, от

них уже отказываются сами же релятивисты. Но как объяснить

дальнодействие гравитационного поля? Прав был Ньютон или в его

представления необходимо внести коррективы? Вопросы

действительно трудные. Для ответа на них воспользуемся, кроме

известных теоретических положений, еще здравым смыслом и

логикой. Гравитационное поле обладает удивительным свойством:

оно проникает сквозь любое тело или физическую среду, заставляя

взаимодействовать одновременно всю массу тела с другим

притягивающим телом. Если исходить из принципов, в соответствии

с которыми только материальная субстанция, обладающая некоторой

массой, может создавать силу взаимодействия, то можно полагать,

что и гравитационное поле представляет собой особый вид

материи, обладающей распределенной в пространстве массой и,

следовательно, способной оказывать силовое действие на другие

тела.

Все попытки обнаружить материальный носитель поля, то есть

элементарную частицу, создающую гравитационный эффект,

окончились неудачей. Измерить скорость распространения

гравитационного поля оказалось несравненно сложнее и труднее,

чем скорость распространения света. Если источник света можно

своевременно включить и измерить время, за которое луч света

пройдет определенный путь, то источник гравитации (массу тела)

невозможно включить или выключить (тело излучает гравитационное

поле непрерывно, и его нельзя заэкранировать), чтобы

осуществить измерение скорости распространения поля. Этой

особенностью гравитационного поля объясняется и его

"дальнодействие". Действительно, поскольку масса тела не

исчезает и не возникает вновь, его гравитационное поле все

время сохраняется, охватывая огромное пространство. Если другое

тело попадает в пределы этого поля, то оно мгновенно (здесь не

требуется время для распространения поля, так как оно уже

занимает все окружающее пространство) взаимодействует всей

своей массой.

Если материя, а вместе с ней и гравитационное поле

существуют вечно, а всепроникающая способность этого поля

затрудняет измерение его скорости, то возможно ли в принципе

решение этой задачи? Говоря о проблеме измерения скорости

гравитационного поля, следует исходить из того, что оно, как и

всякое физическое поле, имеет конечную скорость распространения

относительно своего источника излучения (массы тела) и обладает

силовым воздействием на другие тела. Это вселяет надежду на

практическую возможность измерения скорости такого поля. Один

из способов может быть основан на измерении с помощью

гравиметров изменения силы тяжести на поверхности Земли,

вызванного движением, например, Луны (приливной эффект), и

сопоставления положения этого тела в земной системе координат

(скорость гравитационного поля сравнивается со скоростью света,

которая известна).

Задача может быть решена и с помощью двух космических

летательных аппаратов (КЛА), летящих на одинаковых круговых

экваториальных орбитах, но в противоположные стороны.

Тангенциальные силы, действующие на КЛА в результате вращения

гравитационного поля Земли вместе с ее телом, будут различные

по величине и направлению, а силы торможения со стороны

космической среды одинаковые. Измеряя характер изменения

скорости полета этих КЛА и параметров их орбит вследствие

гравитационного торможения (если периоды обращения КЛА будут

менее суток), можно вычислить и скорость распространения

гравитационного поля.

Аналогичную задачу можно решать и с помощью одного КЛА.

Для этого необходимо направлять с помощью излучателей,

расположенных на КЛА, один световой (или радио-) луч вперед по

полету в сторону приемника, расположенного на Земле, а другой

луч -- назад, в сторону другого приемника на Земле. Вследствие

изменения сил гравитации дополнительные ускорения и скорости,

сообщаемые первому и второму лучам, будут различные. Это

позволит с помощью измеренного наземными приемниками эффекта

Доплера у каждого луча определить и величину скорости

гравитационного поля. Конечно, подобные измерения возможно

выполнить только аппаратурой, обладающей чрезвычайно высокими

техническими качествами (высоким быстродействием,

чувствительностью и точностью измерений).

Подводя итоги обсуждения проблем всемирного тяготения,

можно прийти к заключению, что космистский подход и учет

изменения гравитационной силы позволили выяснить физические

процессы взаимодействия небесных тел и объяснить многие загадки

Природы. По-видимому, проникновение в тайны гравитации

находится еще в начальной стадии. Главная работа еще впереди.

ВЕЩЕСТВО, СПРЯТАННОЕ В КОСМОСЕ

Из содержания настоящей книги читателю становится вполне

ясно, что во Вселенной нет такого места (даже точки!), где бы

отсутствовала материя. Если даже в космическом пространстве не

наблюдаются никакие небесные объекты, то из этого вовсе не

следует, что там вообще ничего нет. Кажущееся пустым и

прозрачным пространство на самом деле сплошь заполнено

материей, но только в полевой и вакуумной формах. Прав был

по-своему старик Аристотель, сказавший однажды, что природа не

терпит пустоты. Сколько ему за сей нечаянно оброненный афоризм

досталось! А ведь никакой крамолы, если вдуматься, и нет:

природа, действительно, не терпит пустоты в том смысле, что не

допукает ее существования.

Но здесь возникает еще одна проблема -- так называемой

"скрытой массы". Новейшая астрофизика, исходя из

автоматизированных моделей Вселенной, рассчитала не только ее

конечный объем, но и конечную массу (которая, как считают

релятивисты, в свое время возникла из ничего, из нулевой

точки). (Между тем элементарная логика подсказывает:

бесконечная Вселенная должна иметь бесконечную массу). Тем не

менее одна псевдопроблема немедленно породила другую --

псевдопроблему.

Суть ее кратко заключается в том, что расчетное количество

массы Вселенной не соответствует наблюдательным, измерительным

и экспериментальным данным. Из этого был сделан вывод, что

подавляющая часть вещества скрыта от наблюдения (согласно

релятивистским расчетам, наблюдению доступны лишь до 10

процентов от всей массы Вселенной). И пошли разного рода

гипотезы и гадания, что же из себя представляет "скрытая

масса", или невидимое вещество Вселенной. Я поделился своими

сомнениями с профессором В.П. Селезневым. И вот какой между

нами состоялся разговор.

Профессор. Причиной для "всплесков" идей по поводу

"скрытых масс" галактик* явились наблюдения вращательного

движения некоторых галактик. Было обнаружено, что внешние

рукава галактик (компоненты или части галактик) вращаются

вокруг центра галактики быстрее, чем можно было бы ожидать,

рассчитывая скорость их вращения на основании законов Ньютона.

Действительно, согласно законам небесной механики,

орбитальная скорость частей галактики, удаленных от центра ее

массы, должна была бы уменьшаться обратно пропорционально корню

квадратному из расстояния от них до центра вращения. Наблюдения

же показали, что орбитальные скорости вращения различных частей

галактик остаются примерно постоянными, даже при расстояниях,

превышающих 30 килопарсек от ядра галактики.

Не находя какого-либо разумного объяснения этой загадки

природы, некоторые исследователи пришли к заключению, что

большая часть массы такой галактики распределена снаружи ее

светящейся части, образуя огромную сферу из темного вещества

(рис. 108), внутри которой и находится видимая нами галактика.

(При этом не объясняется, как можно увидеть светящуюся

галактику, если она окружена большой непрозрачной сферой из

темного вещества.)

Автор. На основе такого предположения создаются различные

гипотезы и идеи, позволяющие якобы объяснить возникновение

"скрытой массы". Некоторые идеи* основаны на том, что "скрытые

массы" образовались в результате резкого нарушения симметрии

Вселенной за счет чрезвычайно быстрого ее "раздувания" (она

будто бы расширилась и выросла более чем на 28 порядков

величины за время менее 10-30 секунд!). Не менее

"оригинальными" являются идеи, основанные на том, что "скрытые

массы" образованы различными видами "экзотических" веществ, в

том числе состоящих из нейтрино (частиц с массой порядка 0,0001

массы электрона), или новой очень легкой частицы -- аксона

(определена из теоретических предпосылок), или из "космических

струн", о которых речь уже шла выше (это якобы протяженные

"топологические дефекты", возникающие при нарушении симметрии в

ранней Вселенной!), и т. п. Как же можно объяснить этот феномен

природы, исходя из известных законов природы?

Профессор. Для объяснения подобных чудес Вселенной надо в

первую очередь обратиться к классической механике. Как

известно, в этой науке при расчете гравитационных

взаимодействий небесных тел размерами тела пренебрегают, а всю

массу тела заменяют эквивалентной массой материальной точки;

взаимодействие между материальными точками определяют по

известной ньютоновской формуле всемирного тяготения. Такое

допущение оказалось вполне приемлемым для изучения динамики

движения планет и спутников Солнечной системы.

Для изучения же динамики движения галактик такое упрощение

в расчетах уже недопустимо, так как их массы распределены в

пределах огромного пространства. Однако методический подход

Ньютона и в этом случае может остаться справедливым, если

распределенную массу галактик представить в виде совокупности

взаимодействующих точечных масс и к каждой из них применять

известный способ расчета сил гравитации. Тогда сила

взаимодействия какого-либо небесного тела с галактикой

определяется как результирующий вектор сил гравитационного

притяжения этого тела со всеми точечными массами, входящими в

состав галактики. Такой способ расчета динамики движения

галактик (да и любых систем небесных тел, включая и Солнечную

систему) позволяет обнаружить новые их гравитационные свойства

и объяснить секрет "скрытых масс".

* Краус Л.М. Невидимое вещество во Вселенной // В мире

науки. 1987. No 2.

Автор. Но можно ли хотя бы приближенно оценить особенности

распределения сил тяготения в пространстве внутри и вне

галактик, без привлечения "скрытых масс"?

Профессор. Конечно, решение такой задачи связано с

большими математическими трудностями, так как для этого

требуется знать закон распределения масс отдельных небесных тел

внутри объема галактики и их расстояния до интересующей нас

точки пространства, где располагается наблюдатель. Однако для

приближенной оценки можно сделать ряд упрощений. Например,

определим центр масс всей галактики (точка О на рис. 109а) и

расстояние r от него до небесного тела с массой mо, на котором

находится наблюдатель. Затем плоскостью Ф, проходящей по

радиус-вектору r, рассечем галактику на равные по массе

половины -- А и В. В каждой половине галактики определим центры

Blog

Что в каждой точке мир весь мир сосредоточен

Содержание