Одуванчик его применение и свойства

Основным вопросом при изучении нашей Вселенной является вопрос о движении и взаимодействии ее частей. Принято считать, что это взаимодействие в основном гравитационное.

В этом месте мы вторгаемся в малоизвестную и весьма увлекательную область современной науки, называемую космологией . Предметом изучения космологии является мегамир. Мегамир включает в себя планетные системы, звездные системы, галактики и грандиозную систему галактик, получившую название метагалактики.

Основным вопросом при изучении нашей Вселенной является вопрос о движении и взаимодействии ее частей. Принято считать, что это взаимодействие в основном гравитационное.

При описании движения и взаимодействия мы оперируем представлением о веществе и пространственно-временными соотношениями. Вид теории в значительной мере зависит от того, что взять за основу свойства вещества или же свойства пространства и времени.

Современная теория тяготения имеет весьма отдаленное отношение к известному вам со школьных времен закону всемирного тяготения. Закон всемирного тяготения считает способность к тяготению свойством вещества. Современная теория тяготения опирается на свойства пространства. Она основывается на общей теории относительности, связанной с именем Эйнштейна.

В основу общей теории относительности был положен принцип эквивалентности инерционной и гравитационной масс. Согласно этому принципу сила тяготения эквивалентна силам, возникающим при ускоренном движении системы отсчета.

Понять принцип эквивалентности поможет следующий, ставший классическим, пример. Представьте себе закрытый лифт, который плавно без рывков, но ускоренно двигается вверх. Находясь в таком лифте, вы не сможете определить, чем вызвано увеличение вашего веса — движением лифта или увеличением силы тяжести. Таким образом, изменения, связанные с ускоренным движением, неотличимы от изменений, вызванных тяготением.

Вы, наверное, помните, что в завершение краткого экскурса в специальную теорию относительности, мы с вами рассматривали пример с быстровращающимся колесом, обод которого сокращается, а спицы нет. Мы пришли к выводу, что в пространстве Евклида это невозможно.

Представить основные идеи неевклидовой геометрии проще всего, рассматривая внутреннюю геометрию кривой поверхности. Основным отличительным свойством отрезка прямой является то, что его длина есть кратчайшее расстояние между двумя точками. В геометрии такие линии называют геодезическими. В пространстве Евклида геодезическими линиями являются прямые. На поверхности сферы — это дуги большого круга, в чем легко убедиться, соединяя две точки на шаре тонкой резинкой. Во внутренней геометрии сферы эти дуги играют роль прямых. Внутренняя геометрия сферы отличается от евклидовой. Уясним это на примере.

На рисунке изображена сфера. На сфере проведен экватор и два меридиана. Отрезки экватора и меридианов являются дугами большого круга и играют во внутренней геометрии сферы роль прямых. Составим из этих “прямых” треугольник АВС. Углы А и С — прямые, так как это углы между экватором и меридианами. Угол В отличен от нуля, таким образом мы показали, что сумма внутренних углов сферического треугольника может быть больше 180 о . Это утверждение противоречит одной из основных теорем геометрии Евклида.

При очень быстром вращении колеса за счет сокращения обода плоскость колеса должна искривляться, превращаясь в некоторое подобие поверхности сферы (рисунок ниже). Внутренняя геометрия такой поверхности, очевидно, должна отличаться от геометрии Евклида.

Вращение представляет собой пример ускоренного движения. Все, кто посещал современные аттракционы с их многочисленными центрифугами, могли убедиться в том, что на участников этих аттракционов действует сила, подобная силе тяготения. Согласно принципу эквивалентности тяготеющая масса должна “искривлять” пространство вокруг себя, как это имеет место в случае с рассмотренным нами колесом. Слово “искривлять” в данном контексте означает отклонение геометрических соотношений вблизи тяготеющей массы от соотношений, принятых в геометрии Евклида.

Существование “всемирного” тяготения ставит закономерный вопрос о том, какова геометрия нашего мира. Вы думаете, что она евклидова. Но это совершенно не очевидно. Ведь и Землю в течение длительного времени считали плоской, хотя сейчас всем очевидно, что она — шар.

Вопрос о кривизне нашего пространства весьма сложен и важен для ясного понимания его ограниченности или бесконечности. Если кривизна пространства нулевая, то это обычное евклидово пространство и оно бесконечно. Бесконечным является и пространство ограниченной кривизны, в котором реализуется геометрия Лобачевского. Если же пространство имеет положительную кривизну (подобно сфере), то оно должно быть ограниченным.

Следует заметить, что ограниченность пространства отнюдь не означает достижимости его границ. Представьте себе замкнутое пространство (рисунок ниже), организованное так, что при движении к его границе пространственные размеры двигающегося тела убывают. Тогда, двигаясь к границе с конечной скоростью, вы должны будете затратить на этот путь бесконечное время. То есть мир может быть ограниченным, но границы его быть недостижимы.

Вопрос о том, какова действительная кривизна нашего пространства, — вопрос практический. Его решение требует проведения точнейших астрономических измерений. Еще Лобачевский в свое время искал подтверждения своей геометрии на небесной сфере. Ищут кривизну нашего пространства и современные физики-космологи. Результаты пока неутешительны. Все произведенные ими измерения пока являются недостаточно точными для того, чтобы составить уверенное суждение о величине этой кривизны. Полагаю, что остановка за вами. Вложите необходимые средства в космологические программы, и этот вопрос будет решен окончательно. Впрочем, весьма вероятно, что кривизна нашего пространства переменна и тогда космологические измерения все равно окажутся безуспешными.

Вторым весьма существенным для современной космологии является вопрос о том, стационарна ли наша Вселенная или нет. На сегодня имеются данные, свидетельствующие о том, что галактики, составляющие видимую часть нашей Вселенной, двигаются с очень большими скоростями. Более того, чем дальше от нас находится наблюдаемая галактика, тем с большей скоростью она от нас удаляется. При более подробном рассмотрении выяснилось также, что их траектории исходят из одной точки. По этой причине указанное явление получило название “разбегание галактик”.

Этот факт послужил основанием для создания весьма популярной в настоящее время концепции “большого взрыва”. Согласно этой концепции все вещество, составляющее нашу Вселенную, первоначально было сжато до сверхплотного состояния, а затем начало расширяться, образовав миры, разлетающиеся в пространстве.

Второй факт, свидетельствующий о существовании “большого взрыва”, современные космологи видят в наличии наполняющего нашу галактику электромагнитного излучения, лежащего в радиодиапазоне. Оно получило название реликтового излучения и послужило основанием для теоретического расчета гипотетического возраста нашей Вселенной. Сегодня считают, что этот возраст составляет несколько десятков миллионов лет.

Разбегание галактик было обнаружено совсем недавно. С точки зрения космических масштабов мы видим его одно мгновение. Поэтому тенденции развития этого явления непонятны. Будет ли разбегание галактик продолжаться, и постепенно плотность вещества метагалактики упадет до нуля или этот процесс остановится? Эти вопросы волнуют современных космологов, но удовлетворительного ответа на них пока не имеется.

Единственная известная нам сила, способная остановить разбегание галактик, это тяготение. Известно, что за счет тяготения возможно постепенное уплотнение вещества. Может ли тяготение остановить разбегание галактик, зависит от массы вещества, сосредоточенного внутри метагалактики. На сегодняшний день она неизвестна. Предварительные оценки показывают, что вопрос о гравитационной массе метагалактики зависит от того, имеет ли массу нейтрино. Нейтрино — удивительнейшая из фундаментальных частиц. Она перемещается в пространстве со скоростью света, имеет собственный момент количества движения и обладает чудовищной проникающей способностью.

Представьте себе пучок нейтрино, перемещающийся в космическом пространстве. Для того чтобы уменьшить количество частиц в пучке в два раза, необходимо поставить на его пути свинцовую стену толщиной, близкой к диаметру Солнечной системы. Масса покоя нейтрино или равна нулю, как у фотона, или исчезающе мала. Кажется поистине удивительным, что наличие у нейтринного излучения ненулевой массы способно изменить баланс гравитационных взаимодействий и повернуть процесс разбегания галактик вспять.

Если силы тяготения способны будут остановить разбегание галактик, то их воздействие должно привести к обратному процессу — сближению галактик. Такой процесс называют гравитационным коллапсом. Формальное применение общей теории относительности приводит к замечательному результату. При увеличении плотности вещества, создаваемое им отклонение геометрических отношений от евклидовских, может оказаться настолько сильным, что возникнет изолированная область пространства, именуемая черной дырой. Черная дыра — это тяготеющая масса настолько большой плотности, что сила ее тяготения не позволяет никакой информации, даже световому излучению, удалиться от этой массы.

Черная дыра — объект гипотетический. Если бы даже она существовала, то мы никоим образом не смогли бы ее обнаруживать, так как она не отпускает от себя никакого излучения. Последнее время в печати появились сведения об “обнаружении” черных дыр. На их существование указывает специфическое излучение вещества, якобы затягиваемого в черную дыру

И, наконец, последний вопрос из этой серии вкратце можно сформулировать так. Если было начало, то будет ли конец нашей Вселенной и когда он наступит? На сегодня есть некоторые основания считать, что разбегание галактик замедляется. Однако определенно утверждать, что оно прекратится и сменится на обратный, тем более, утверждать, когда это произойдет и начнется ли вследствие этого гравитационный коллапс нашего мира, сжимающий его до исчезающе малых размеров, на сегодняшнее время невозможно.

Необходимо заметить, что концепция “большого взрыва”, как, впрочем, и многие другие космологические концепции, дает прекрасный повод для псевдонаучных спекуляций. Здесь хорошо видно, что выводы ученого находятся в зависимости от его мировоззрения. Будучи убежденным христианином, как не попытаться отождествить “большой взрыв” с актом божественного творения. Особенно, если посоветоваться с Библией. И отождествили. И отложили страшный суд и конец света до момента, когда вещество нашей Вселенной схлопнется в гравитационном коллапсе до ничтожно малого размера. Вот только был ли это “большой взрыв” и произойдет ли упомянутый коллапс или наша Вселенная “дышит”, пребывая в столь естественном для всей живой и неживой природы колебательном движении, неизвестно, пока.