Реферат: Главный персонаж Вселенной
<span Times New Roman",«serif»">Главный персонаж Вселенной.<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal;mso-bidi-font-weight: bold">Практически все, что мы видем в космосе,- зто звезды, более или мениепохожие на Солнце. Разумеется, существует вещество и вне звезд: планеты, ихспутники, кометы и астероиды, межзвездные газ и пыль. Но все это- незначительнопо отношению к гигантским звездам, объединенным в агрегаты различного масштаба:от галактик до их скоплений. Но появляется аргименты, что во вселеннойприсутствуют небарионные вещества, состоящие из протонов и нейтронов, а изчастиц неясной пока природы; его взаимодействие с обычным веществом происходиттолко через силу гравитации.<span Times New Roman",«serif»; font-weight:normal;mso-bidi-font-weight:bold"> Более10 млрд. лет назад, когда происходило расширение вселенной, наш мир былзаполнен очень горячем однородным веществом и излучением, причем по плотностиэнергии излучение превосходило вещество. Но еще многие сотни миллионов летпосле того, как вещество стало основным компонентом вселенной оно оставалосьпрактически однородным; лишь звуковые волны, бегущиев разных направлениях,слабо возмущали его плотность. Но до сих пор астрономы не знают точно, какпроизошло деление подчти однородного вещества на звезды. Принципиальныхтрудностей в понимании этого процесса нет. Распространение звуковых волнсоздает в космическом веществе перепады плотности. В космических масштабах, внекоторых облостях повышенной плотности газа его давление не способнопротивостоять его же собственному тяготению, то случаино возникшее уплотнениепродолжет сжиматься. По-видемому, именнно такой процесс гравитационной неустойчивости пордил звезды и звездные системы,власть в которых захватила гравитация. <span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US;font-weight:normal; mso-bidi-font-weight:bold"><span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US;font-weight:normal; mso-bidi-font-weight:bold"> <span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal; mso-bidi-font-weight:bold">Итак, в мире звезд царствует гравитация. Остальныефизические взаимодействия: магнитные, ядерные_ практически никакой роли в жизнизвезд и в эволюции звездных систем не играют. Сила гравитации чрезмерно простымзаконом, изложенным И. Ньютоном в 1687г. и описывающим взаимодействие двухматериальных точек. Он применил их к большим телам, т. к. каждоеиз них можнопредставить, как совокупность точек. Закон всемирного тяготения ньютона гласит:две точки притягиваюттся друг к другу силой прямопропорциональной произведениюих масс и обратно пропорциональна квадрату растояний между ними. Законгравитации прост для математики, но физик и астроном помнят, что реальные телане точки, а протяженные объекты. Значит, производя расчеты, придется иметь делос интегрированием, т. е. вычислением суммы сил, действующих на пробное тело состороны всех частей какой-либо звезды или планеты. В наше время такую задачунельзя назвать сложной: компьютер решит ее за секунды. Но во время Ньютонамногократное суммирование было чрезвичаино трудоемкой операцией, которуюприходилось выполнять пером на бумаге.ньютон продвинулся далеко в своихисследованиях благодоря двум теоремам, которые он создал<span Times New Roman",«serif»; font-weight:normal;mso-bidi-font-weight:bold"> Теорема1. Сферическое тело постоянной плотности притягиваетнаходящуюся снаружи материальную точку так, как будто вся масса теласосредоточена в его центре.<span Times New Roman",«serif»; font-weight:normal;mso-bidi-font-weight:bold"> Этатеорема дала возможность небесным механикам, вычисляющим движение звезд, планети космических аппаратов, свести большенство задач о взаимодействии космическихтел к задаче о притяжении двух точек. Счастье в том, что большенство небесныхтел можно уподобить последовательности вложенных друг в друга сфер постояннойплотности. Например, у подчти шарообразной земли плотность растет к центру;разбив ее на бесконечное количество сферических слоев, мы убеждаемся, чтокаждыйиз них притягивает внешнюю точки так, будто вся его масса сосредоточена вцентре, поэтому суммирования сил не требуется: с высокой степенью точностиЗемля притягивает внешние тела как точка.<span Times New Roman",«serif»; font-weight:normal;mso-bidi-font-weight:bold"> Теорема2. Если материальную точку поместитьвнутри однородной среды (причем в любом месте, а не только в центре), то она неощутит притяжения этой сферы, поскольку силы, действующие на нее со сторонывсех элементарных частей сферы, в точности уравновесятся.<span Times New Roman",«serif»; font-weight:normal;mso-bidi-font-weight:bold"> Этатеорема помогла тем специолистам, которые изучают недра небесных тел: сталовозможным решать задачи, мысленно поместив наблюдателя внутрь планеты и незаботясь о тех слоях вещества, которые находятся снаружи от него, поскольку ихсуммарное притяжение равно нулю. Ньютон решил и задачу о том, как движутся двематериальные точки, например планета и ее спутник, взаимно притягивающие другдруга по закону гравитации: они обращаются по эллиптической орбите вокруг общегоцентра масс, лежащего в фокусах элипсов. Если сила взаимодеиствия изменяетсяобратно квадрату растояния, то спутник действительно должен двигаться поэлипсу. Но теория Ньютона не только объяснила уже извесные закономерности- онаоткрыла и перспективу: элипс окозался лишь частным случаемтраектории;взависимости от начальной скорости спутника ею могло быть любое коническоесечение- окружность, парабола, гипербола или, в предельном случае, прямая.<span Times New Roman",«serif»; font-weight:normal;mso-bidi-font-weight:bold"> Любопытно,что закон тяготения в формулировки Ньютона справедлив только в нашем,трехмерном пространстве. Если бы мы жилив геометрическом пространстве большего или меньшего числа измерений, законпритяжения имел бы иную форму. Например в четырехмерном пространствесила былабы обратно пропорциональна кубу растояния. Но зачем издеваться над простым иизящьным законом Ньютона, дающим зависимость 1/<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US;font-weight:normal;mso-bidi-font-weight:bold">R<span Times New Roman",«serif»;font-weight:normal; mso-bidi-font-weight:bold">2? Дело в том, что, обращаясь к реальным небеснымобъектам, мы замечаем их отличие от идеальных сфер. Форма Земли и Солнца лишь впервом приближении похожа на сферу. Известно, что Земля по причине вращениясплюснута вдоль полярной оси: расстояние между ее северным и южным полюсами на43 км меньше, чем между противолежащими точками экватора. Из-за этого, ксожалению, теория Ньютона в точности не выполняется, и Земля притягивает к себене как помещенная в ее центре массивная точка- а по более сложному закону.Нарушается простота ньютоновского закона, а значит, нарушается и простотавзаимного движения тел. При этом их орбиты получаются не замкнутыми и гораздоболее сложными, чем эллиптические. <span Times New Roman",«serif»; font-weight:normal;mso-bidi-font-weight:bold"> Действительно,наблюдая за планетами, астрономы обнаружили, что все они движутся не точно поэллипсам, а скорее по «розеткам». Разумеется, это никого не удивило, поскольку,начиная с Ньютона, все ясно понимали, что простой эллипс, как и сама задача одвух точках, лишь первое приближение к реальности. Учитывая взаимное притяжениепланет, обращающихся вокруг Солнца, удалось подчти полностью объяснить форму ихорбит. Траектории спутников, близких к своим планетам, в основном искажаютсяиз-за несферичности планет, а на движение далеких спутников (в их числе- Луна)решеющее влияние оказывает Солнце.Нотщательное наблюдения не стыковались с теорией Ньютона. Не все получалофизического объяснения. Например, ближайшая к Солнцу планета Меркурий движетсяпо давольно вытянутой эллиптической орбите, поворот оси которой легко заметить.Обычно этот поворот выражает как скорость углового перемещения перигелия-ближайшей к Солнцу точки орбиты. Наблюдения показывают, что перигелий Меркурияповорачивается на 574`` за столетие в сторону движения самой планеты. Былодоказано, что поворот на 531`` за 100 лет вызван влияния других планет- восновном Венеры, Юпитера и Земли. Это 93% от наблюдаемого эффекта; казалось бы,можно радоваться. Но оставшиеся 43`` в столетие не давали астрономам покоя:сказывалась профессиональная гордость за пресловутую астрономическую точность.Обнаружев неувязку в движении Меркурия, Леверье решил, что ему вторичноулыбнулась удача, как в случае с Нептуном. Он вычислил параметры неизвестнойпланеты, которая могла бы находиться внутри орбиты Меркурия и дополнительновозмущать его движение. Ее долго искали, но не нашли. Поэтому возник парадокс:ньютоновская физика объясняет движение всех тел Солнечной системы, кромеМеркурия. К счастью пришел на помощь Энштейн и обьяснил, что теория Ньютона-это лишь первое приближение к описанию природы. Вместо мелких поправок кньютоновской теории тяготения Энштейн внес в физику нечто совершенно новое-общую теорию относительности (ОТО). Правда ее математическая форма не такпроста, как у ньютоновской теории, зато она правельно описывает притяжение идвижение тел. Когда на основе ОТО было рассчитано движение Меркурия, теориясошлась с наблюдениями в пределах такой точности, какую только могут датьсовременные астрономы. Даже значительно меньший эффект- поворот эллиптическойорбиты Земли всего на 4`` в столетие- весьма точно объясняется в рамках ОТО.
Носпустя время в замечательном согласии энштейновской физики с астрономическиминаблюдениями был также усмотрен парадокс. Суть его в том, что все расчеты, какпо Ньютону так и по Энштейну, проводились для сферического солнца, будто всяего масса сосредоточена в центре. Но Солнце вращается, значит сферическим онобыть не может. В телескоп мы наблюдаем вращение его поверхности с периодом 25.4сут. Если с таким же периодом вращаются и недра Солнца, то фигура его должнабыть сплюснутой. Если же внутренность Солнца вращается иначе, то и сплюснутостьбудет иная. Требовалось точно знать, какова форма Солнца и как именно оновращается. Теория Энштейна утверждает, что в силе притяжения объектасказывается не только отличие его формы от идеального шара, но характервращения: даже тяготение идеального шара будет разным в зависимости от того,неподвижен он или вращается. Гравитационнное вращающегося тела в рамках ОТОимеет вихривой компонент: тело не только притягивает обьекты, но и раскручиваетих вокруг себя. Правда, измерения других исследователей не подтвердили сильнуюсплюснутость Солнца. До конца эта проблема не решена и по сей день. Уже многиегоды над ней работают астрономы и физики: одни изучают Солнце, измеряютскорость его вращения и степень сплюснутости, другие рассчитывают движениепланет вокруг вращающейся и сжатой звезды в рамках различных теорий тяготений.
<span Times New Roman",«serif»; font-weight:normal;mso-bidi-font-weight:bold"> Отформы звезды зависит взаимодействие с соседями, а те в свою очередь влияют наее форму. Рассмотрим близкий пролет двух случайных звезд. Если в процессесближения они остаются шарообразными, то притягиваются по закону Ньютона, азначит, движутся по гиперболическим траекториям и после движения вновьрассходятся на бесконечность. На самом же деле взаимное приливное влияние искажаетформу звезд- они становятся вытянутыми элипсоидами, и это влияет на ихдвижение. Приближаясь друг к другу, звезды вытягиваются вдоль соединяющей ихпрямой. Этот эффект называют приливным поаналогии с морскими приливами, возникающими на Земле под влиянием Луны. Как и вземных океанах, на поверхности звезды возникают приливные выступы- горбы, апоскольку звезды движутся, приливной горб пытается отследить направление междуними. Но в силу инерции вязкости он не может точно следовать движению звезд:сначала запаздывает, а затем опережает его. В результате взаимодействиепроисходит по ньютоновскому закону: более близкий горб притягивается сильнее,чем более далекий, а следовательно, возникает составляющая силы притяжения,тормозящая движение звезд по орбите и уводящая ее с простои гиперболическойтраектории. Звезда переходит на эллиптическую орбиту и оказывается навсегда привязанной к этому светилу, скоторым она случайно приблизилась. Так и из двух одиночных звезд образуетсядвойная система. <span Times New Roman",«serif»; font-weight:normal;mso-bidi-font-weight:bold"> Формирование двоиных систем влияет на эволюциюзвездного скопления, в котором они живут. Объединившись, звезды весьмасвоеобразно взаимодействуют друг с другом и с одиночными членами скопления,заставляя последних двигаться более интенсивно. От встреч с другими звездамибыстро эволюционируют и сами двойные светила. Некоторые из них зближаются иобмениваются веществом, что приводит к их омоложениюи порождает весьма экзотические объекты, обнаруженные в последние время взвездных скоплениях- рентгеновские и ультрафиолетовые источники, вспыхивающиезвезды и быстрые пульсары, молодые беллые карлики и омолодившиеся нейтронные звезды. А в основе этого астрофизическогоразнообразия лежит гравитационнае взаимодействие звезд, вкотором еще не малозагадок.