Нет такой вещи в жизни, как вечное спокойствие разума. Жизнь – сама по себе есть движение, и не может существовать без желаний, страха, и чувств.
Томас Хоббс
Читатель спрашивает:
Я нашла на YouTube видео с теорией о спиральном движении Солнечной системы через нашу галактику. Оно не показалось мне убедительным, но я хотела бы услышать это от тебя. Является ли оно правильным с научной точки зрения?
Сначала давайте посмотрим само видео:
Некоторые утверждения в этом видео верны. Например:
- планеты вращаются вокруг Солнца примерно в одной плоскости
- Солнечная система двигается по галактике с углом в 60° между галактической плоскостью и плоскостью вращения планет
- Солнце во время своего вращение вокруг Млечного пути, двигается вверх-вниз и внутрь-наружу по отношению к остальной галактике
Всё это так, но при этом в видео все эти факты показаны неправильно.
Известно, что планеты двигаются вокруг Солнца по эллипсам, согласно законам Кеплера, Ньютона и Эйнштейна. Но картинка слева неправильная с точки зрения масштаба. Она неправильная в смысле форм, размеров и эксцентриситетов. И хотя на диаграмме справа орбиты меньше похожи на эллипсы, орбиты планет выглядят примерно так с точки зрения масштабов.
Возьмём ещё один пример – орбиту Луны.
Известно, что Луна вращается вокруг Земли с периодом чуть менее месяца, а Земля вращается вокруг Солнца с периодом в 12 месяцев. Какая из представленных картинок лучше демонстрирует движение Луны вокруг Солнца? Если сравнить расстояния от Солнца до Земли и от Земли до Луны, а также скорость вращения Луны вокруг Земли, и системы Земля/Луна – вокруг Солнца, то окажется, что наилучшим образом ситуацию демонстрирует вариант D. Можно их преувеличить для достижения каких-то эффектов, но количественно варианты A, B и C некорректны.
Теперь перейдём к движению Солнечной системы через галактику.
Сколько в нём содержится неточностей. Во-первых, все планеты в любой момент времени находятся в одной плоскости. Нет никакого отставания, которое бы более удалённые от Солнца планеты демонстрировали по отношению к менее удалённым.
Во-вторых, вспомним реальные скорости планет. Меркурий двигается в нашей системе быстрее всех остальных, вращаясь вокруг Солнца со скоростью 47 км/с. Это на 60% быстрее орбитальной скорости Земли, примерно в 4 раза быстрее Юпитера, и в 9 раз быстрее Нептуна, который двигается по орбите со скоростью 5,4 км/с. А Солнце летит сквозь галактику со скоростью 220 км/с.
За время, требуемое Меркурию на один оборот, вся Солнечная система пролетает 1,7 миллиардов километров по своей внутригалактической эллиптической орбите. При этом радиус орбиты Меркурия составляет всего 58 миллионов километров, или всего 3,4% от того расстояния, на которое продвигается вся Солнечная система.
Если бы мы построили движение Солнечной системы по галактике в масштабе, и посмотрели бы, как двигаются планеты – мы бы увидели следующее:
Представьте, что вся система – Солнце, луна, все планеты, астероиды, кометы, двигаются с большой скоростью под углом около 60° относительно плоскости Солнечной системы. Как-то так:
Если соединить всё это вместе, мы получим более точную картинку:
А что насчёт прецессии? И также насчёт колебаний вниз-вверх и внутрь-наружу? Всё это так, но на видео это показано в чрезмерно преувеличенном и неправильно интерпретированном виде.
Действительно, прецессия Солнечной системы происходит с периодом в 26000 лет. Но не существует никакого спиралевидного движения, ни у Солнца, ни у планет. Прецессию осуществляют не орбиты планет, а ось вращения Земли.
Полярная звезда не расположена постоянно непосредственно над Северным полюсом. Большую часть времени у нас нет полярной звезды. 3000 лет назад Кохаб был ближе к полюсу, чем Полярная звезда. Через 5500 лет полярной звездой станет Альдерамин. А через 12000 лет Вега, вторая по яркости звезда в Северном полушарии, будет отстоять всего на 2 градуса от полюса. Но именно это меняется с частотой раз в 26000 лет, а не движение Солнца или планет.
Как насчёт солнечного ветра?
Это излучение, идущее от Солнца (и всех звёзд), а не то, во что мы врезаемся, двигаясь по галактике. Горячие звёзды испускают быстро двигающиеся заряженные частицы. Граница Солнечной системы проходит там, где солнечный ветер уже не имеет возможности отталкивать межзвёздную среду. Там проходит граница гелиосферы.
Теперь насчёт движений вверх и вниз и внутрь и наружу по отношению к галактике.
Поскольку Солнце и Солнечная система подчиняются гравитации, именно она доминирует над их движением. Сейчас Солнце расположено на расстоянии 25-27 тысяч световых лет от центра галактики, и двигается вокруг него по эллипсу. При этом все остальные звёзды, газ, пыль, двигаются по галактике также по эллипсам. И эллипс Солнца отличается от всех остальных.
С периодом в 220 миллионов лет Солнце совершает полный оборот вокруг галактики, проходя немного выше и ниже центра галактической плоскости. Но поскольку вся остальная материя галактики двигается так же, ориентация галактической плоскости со временем меняется. Мы можем двигаться по эллипсу, но галактика представляет собою вращающуюся тарелку, поэтому мы и двигаемся вверх-вниз по ней с периодом в 63 миллиона лет, хотя наше движение внутрь и наружу происходит с периодом в 220 миллионов лет.
Но никакого «штопора» планеты не делают, их движение искажено до неузнаваемости, видео неправильно рассказывает о прецессии и солнечном ветре, а текст полон ошибок. Симуляция сделана очень красиво, но она была бы гораздо красивее, если бы была правильной.
Любой человек, даже лежа на диване или сидя возле компьютера, находится в постоянном движении. Это непрерывное перемещение в космическом пространстве имеет самые разные направления и огромные скорости. В первую очередь, происходит перемещение Земли вокруг оси. Кроме того, совершается оборот планеты вокруг Солнца. Но и это еще не все. Куда более внушительные расстояния мы преодолеваем вместе с Солнечной системой.
Солнце является одной из звезд, находящихся в плоскости Млечного пути, или просто Галактики. Оно отдалено от центра на 8 кпк, а расстояние от плоскости Галактики составляет 25 пк. Звездная плотность в нашей области Галактики – примерно 0,12 звезд на 1 пк3. Положение Солнечной системы не является постоянным: она находится в постоянном перемещении относительно ближних звезд, межзвездного газа, и наконец, вокруг центра Млечного пути. Впервые движение Солнечной системы в Галактике было замечено Уильямом Гершелем.
Перемещение относительно ближних звезд
Скорость передвижения Солнца к границе созвездий Геркулеса и Лиры составляет 4 а.с. в год, или 20 км/с. Вектор скорости направлен к так называемому апексу – точке, к которой также направлено движение других близлежащих звезд. Направления скоростей звезд, в т.ч. Солнца, пересекаются в противоположной апексу точке, называемой антиапексом.
Перемещение относительно видимых звезд
Отдельно измеряется передвижение Солнца по отношению к ярким звездам, которые можно увидеть без телескопа. Это — показатель стандартного передвижения Солнца. Скорость такого передвижения составляет 3 а.е. в год или 15 км/с.
Перемещение относительно межзвездного пространства
По отношению к межзвездному пространству Солнечная система двигается уже быстрее, скорость составляет 22-25 км/с. При этом, под действием «межзвездного ветра», который «дует» из южной области Галактики, апекс смещается в созвездие Змееносец. Сдвиг оценивается примерно в 50.
Перемещение вокруг центра Млечного пути
Солнечная система находится в движении относительно центра нашей Галактики. Она перемещается по направлению к созвездию Лебедя. Скорость составляет около 40 а.е. в год, или 200 км/с. Для полного оборота необходимо 220 млн. лет. Точную скорость определить невозможно, ведь апекс (центр Галактики) скрыт от нас за плотными облаками межзвездной пыли. Апекс смещается на 1,5° каждый миллион лет, и совершает полный круг за 250 млн. лет, или за 1 «галактический год.
Путешествие на край Млечного пути
Движение Галактики в космическом пространстве
Наша Галактика также не стоит на месте, а сближается с галактикой Андромеды со скоростью 100-150 км/с. Группа галактик, в которую входит и Млечный путь, движется к большому скоплению Девы со скоростью 400 км/с. Сложно себе представить, а еще сложнее рассчитать, как далеко мы перемещаемся каждую секунду. Расстояния эти — огромны, а погрешности в таких расчетах пока еще достаточно велики.
Земля вместе с планетами крутится вокруг солнца и это знают почти все люди на Земле. Про то, что Солнце при этом вертится вокруг центра нашей галактики "Млечный путь", знает уже гораздо меньшее число жителей планеты. Но и это не все. Наша галактика при этом вертится вокруг центра вселенной. Давайте узнаем про это и посмотрим интересные видео-кадры.
Оказывается, Солнечная система движется вся целиком вместе с Солнцем через местное межзвёздное облако (неизменяемая плоскость остается параллельной самой себе) со скоростью 25 км/с. Движение это направлено почти перпендикулярно к неизменяемой плоскости.
Быть может, здесь нужно искать объяснения подмеченных различий в строении северного и южного полушарий Солнца, полос и пятен обоих полушарий Юпитера. Во всяком случае, это движение определяет возможные встречи Солнечной системы с веществом, рассеянным в том или другом виде в межзвёздном пространстве. Действительное движение планет в пространстве происходит по вытянутым винтовым линиям (так, «ход» винта орбиты Юпитера в 12 раз больше её диаметра).
За 226 млн лет (галактический год) Солнечная система делает полный оборот вокруг центра галактики, двигаясь по почти круговой траектории со скоростью 220 км/с.
Наше Солнце входит в состав огромной звездной системы, которая называется Галактикой (еще ее называют Млечный Путь). Наша Галактика имеет форму диска, похожего на две сложенные краями тарелки. В центре его находится округлое ядро Галактики.
Наша Галактика - вид сбоку
Если посмотреть на нашу Галактику сверху, то она выглядит, как спираль, в которой звездное вещество сосредоточено, в основном, в ее ветвях, называемых галактическими рукавами. Рукава находятся в плоскости диска Галактики.
Наша Галактика - вид сверху
Наша Галактика содержит более 100 миллиардов звезд. Диаметр диска Галактики - около 30 тысяч парсек (100 000 световых лет), а толщина - около 1000 световых лет.
Звезды внутри диска движутся по круговым траекториям вокруг центра Галактики, подобно тому, как планеты в Солнечной системе обращаются вокруг Солнца. Вращение Галактики происходит по часовой стрелке, если смотреть на Галактику со стороны ее северного полюса (находящегося в созвездии Волосы Вероники). Скорость вращения диска не одинакова на различных расстояниях от центра: она убывает по мере удаления от него.
Чем ближе к центру Галактики - тем выше плотность звезд. Если бы мы жили на планете около звезды, находящейся вблизи ядра Галактики, то на небе были бы видны десятки звезд, по яркости сопоставимых с Луной.
Однако Солнце находится очень далеко от центра Галактики, можно сказать - на ее окраине, на расстоянии около 26 тыс. световых лет (8,5 тысяч парсек), вблизи плоскости галактики. Оно расположено в рукаве Ориона, соединенном с двумя более крупными рукавами - внутренним рукавом Стрельца и внешним Рукавом Персея.
Солнце движется со скоростью около 220-250 километров в секунду вокруг центра Галактики и делает полный оборот вокруг ее центра, по разным оценкам, за 220-250 миллионов лет. За время своего существования Период обращения Солнца вместе с окрестными звездами около центра нашей звездной системы называют галактическим годом. Но нужно понимать, что общего периода для Галактики нет, так как она вращается не как твердое тело. Солнце за время своего существования облетело Галактику примерно 30 раз.
Обращение Солнца вокруг центра Галактики носит колебательный характер: каждые 33 миллиона лет оно пересекает галактический экватор, затем поднимается над его плоскостью на высоту в 230 световых лет и снова опускается вниз, к экватору.
Интересно, что Солнце делает полный оборот вокруг центра Галактики в точности за то же время, что и спиральные рукава. В результате Солнце не пересекает области активного звездообразования, в которых часто вспыхивают сверхновые - источники губительного для жизни излучения. То есть оно находится в секторе Галактики, максимально благоприятном для зарождения и поддержания жизни.
Солнечная система движется сквозь межзвездную среду нашей Галактики значительно медленнее, чем считалось ранее, и на ее передней границе не формируется ударная волна. Это установили астрономы, анализировавшие данные, собранные зондом IBEX, передаетРИА «Новости» .
«Можно сказать почти определенно, что перед гелиосферой (пузырем, ограничивающим Солнечную систему от межзвездной среды) нет ударной волны, и что ее взаимодействие с межзвездной средой значительно слабее и больше зависит от магнитных полей, чем считалось раньше», - пишут ученые в статье, опубликованной в журнале Science.
Исследовательский космический аппарат NASA IBEX (Interstellar Boundary Explorer), запущенный в июне 2008 года, предназначен для исследования границы Солнечной системы и межзвездного пространства - гелиосферы, расположенной на расстоянии примерно 16 миллиардов километров от Солнца.
На этом расстоянии поток заряженных частиц солнечного ветра и сила магнитного поля Солнца ослабевают настолько, что больше не могут преодолеть давление разряженного межзвездного вещества и ионизованного газа. В результате образуется «пузырь» гелиосферы, внутри заполненный солнечным ветром, а снаружи окруженный межзвездным газом.
Магнитное поле Солнца отклоняет траекторию заряженных межзвездных частиц, но никак не влияет на нейтральные атомы водорода, кислорода и гелия, которые свободно проникают в центральные области Солнечной системы. Детекторы спутника IBEX «ловят» такие нейтральные атомы. Их изучение позволяет астрономам делать выводы об особенностях пограничной зоны Солнечной системы.
Группа ученых из США, Германии, Польши и России представила новый анализ данных спутника IBEX, согласно которым скорость движения Солнечной системы оказалась ниже, чем считалось ранее. При этом, как свидетельствуют новые данные, в передней части гелиосферы не возникает ударная волна.
«Звуковой удар, который возникает, когда реактивный самолет преодолевает звуковой барьер, может служить земным примером для ударной волны. Когда самолет достигает сверхзвуковой скорости, воздух перед ним не может уйти с его пути достаточно быстро, в результате возникает ударная волна», - поясняет ведущий автор исследования Дэвид Маккомас (David McComas), слова которого приводятся в пресс-релизе Юго-Западного исследовательского института (США).
Около четверти века ученые считали, что гелиосфера двигается сквозь межзвездное пространство со скоростью достаточно высокой, чтобы перед ней формировалась такая ударная волна. Однако новые данные IBEX показали, что на самом деле Солнечная система движется сквозь местное облако межзвездного газа с скоростью 23,25 километра в секунду, что на 3,13 километра в секунду меньше, чем считалось ранее. И эта скорость ниже того предела, при котором возникает ударная волна.
«Хотя ударная волна существует перед пузырями, окружающими многие другие звезды, мы выяснили, что взаимодействие нашего Солнца с окружающей средой не достигает того порога, при котором образуется ударная волна», - сказал Маккомас.
Ранее зонд IBEX занимался картографированием границы гелиосферы и обнаружил на гелиосфере загадочную полосу с повышенными потоками энергичных частиц, которая опоясывал «пузырь» гелиосферы. Также с помощью IBEX установили, что скорость движения Солнечной системы за последние 15 лет по необъяснимым причинам снизилась более чем на 10%.
Вселенная крутится, как юла. Астрономы обнаружили следы вращения мироздания.
До сих пор большинство исследователей склонялось к мнению, что наше мироздание статично. Или если и движется, то чуть-чуть. Каково же было удивление команды ученых из Мичиганского университета (США) во главе с профессором Майклом Лонго, когда они обнаружили в космосе явные следы вращения нашего мироздания. Выходит, с самого начала, еще при Большом взрыве, когда только рождалась Вселенная, она уже вращалась. Как будто кто-то запустил ее, как юлу. И она до сих пор крутится-вертится.
Исследования велись в рамках международного проекта «Цифровой обзор неба Слоана» (Sloan Digital Sky Survey). И этот феномен ученые обнаружили, каталогизировав направление вращения около 16 000 спиральных галактик со стороны северного полюса Млечного Пути. Вначале ученые пытались найти доказательства того, что Вселенная обладает свойствами зеркальной симметрии. В таком случае, рассуждали они, количество галактик, которые вращаются по часовой стрелке, и тех, что «закручены» в противоположном направлении, было бы одинаковым, сообщает pravda.ru.
Но оказалось, что по направлению к северному полюсу Млечного пути среди спиральных галактик преобладает вращение против часовой стрелки, то есть они ориентированы в правую сторону. Эта тенденция просматривается даже на расстоянии более 600 миллионов световых лет.
Нарушение симметрии небольшое, всего около семи процентов, но вероятность того, что это такая космическая случайность - где-то около одной миллионной, - прокомментировал профессор Лонго. - Полученные нами результаты очень важны, поскольку они, похоже, противоречат практически всеобщему представлению о том, что если взять достаточно большой масштаб, то Вселенная будет изотропной, то есть не будет иметь выраженного направления.
По словам специалистов, симметричная и изотропная Вселенная должна была возникнуть из сферически симметричного взрыва, который по форме должен был напоминать баскетбольный мяч. Однако, если бы при рождении Вселенная вращалась вокруг своей оси в определенном направлении, то галактики сохранили бы это направление вращения. Но, раз они вращаются в разных направлениях, следовательно, и Большой взрыв имел разностороннюю направленность. Тем не менее, скорее всего, Вселенная до сих пор продолжает вращаться.
В общем-то, астрофизики и раньше догадывались о нарушении симметрии и изотропности. Их догадки были основаны на наблюдениях других гигантских аномалий. К ним относятся следы космических струн - невероятно протяженные дефекты пространства-времени нулевой толщины, гипотетически родившиеся в первые мгновения после Большого взрыва. Появлении «синяков» на теле Вселенной - так называемых отпечатков от прошлых ее столкновений с другими вселенными. А также движение «Темного потока» - огромных размеров поток галактических кластеров, несущихся на огромной скорости в одном направлении.
Наверняка, многие из вас видели гифку или смотрели видео, показывающее движение Солнечной системы.
Ролик , вышедший в 2012 году, стал вирусным и наделал много шума. Мне он попался вскоре после его появления, когда я знал о космосе гораздо меньше, чем сейчас. И больше всего меня смутила перпендикулярность плоскости орбит планет направлению движения. Не то, чтобы это было невозможно, но Солнечная система может двигаться под любым углом к плоскости Галактики. Вы спросите, зачем вспоминать давно забытые истории? Дело в том, что именно сейчас, при желании и наличии хорошей погоды, каждый может увидеть на небе настоящий угол между плоскостями эклиптики и Галактики.
Проверяем ученых
Астрономия говорит, что угол между плоскостями эклиптики и Галактики составляет 63°.
Но сама по себе цифра скучна, да и сейчас, когда на обочине науки устраивают шабаш адепты плоской Земли, хочется иметь простую и наглядную иллюстрацию. Давайте подумаем, как мы можем увидеть плоскости Галактики и эклиптики на небе, желательно невооруженным взглядом и не отдаляясь далеко от города? Плоскость Галактики - это Млечный путь, но сейчас, с изобилием светового загрязнения, увидеть его не так просто. Есть ли какая-то линия, примерно близкая к плоскости Галактики? Есть - это созвездие Лебедя. Оно хорошо видно даже в городе, а найти его просто, опираясь на яркие звезды: Денеб (альфа Лебедя), Вегу (альфа Лиры) и Альтаир (альфа Орла). «Туловище» Лебедя примерно совпадает с галактической плоскостью.
Хорошо, одна плоскость у нас есть. Но как получить наглядную линию эклиптики? Давайте подумаем, что такое вообще эклиптика? По современному строгому определению эклиптика - это сечение небесной сферы плоскостью орбиты барицентра (центра массы) Земля-Луна. По эклиптике в среднем движется Солнце, но у нас нет двух Солнц, по которым удобно построить линию, да и созвездие Лебедя при солнечном свете не будет видно. Но если вспомнить, что планеты Солнечной системы тоже движутся приблизительно в той же плоскости, то, получается, что парад планет как раз примерно покажет нам плоскость эклиптики. И сейчас в утреннем небе как раз можно наблюдать Марс, Юпитер и Сатурн.
В результате, в ближайшие недели утром до восхода Солнца можно будет очень наглядно видеть вот такую картину:
Которая, как это ни удивительно, прекрасно согласуется с учебниками астрономии.
А гифку правильнее рисовать так:
Источник: сайт астронома Rhys Taylor rhysy.net
Вопрос может вызвать взаимное положение плоскостей. Летим ли мы <-/ или же <-\ (если смотреть с внешней стороны Галактики, северный полюс вверху)? Астрономия говорит, что Солнечная система движется относительно ближайших звезд в направлении созвездия Геркулеса, в точку, расположенную недалеко от Веги и Альбирео (бета Лебедя), то есть правильное положение <-/.
Но этот факт, увы, «на пальцах» не проверить, потому что, пусть и сделали это двести тридцать пять лет назад, но использовали результаты многолетних астрономических наблюдений и математику.
Разбегающиеся звезды
Как вообще можно определить, куда движется Солнечная система относительно близких звезд? Если мы можем на протяжении десятков лет фиксировать перемещение звезды по небесной сфере, то направление движения нескольких звезд скажет нам, куда мы движемся относительно них. Назовем точку, в которую мы движемся, апексом. Звезды, которые находятся недалеко от него, а также от противоположной точки (антиапекса), будут двигаться слабо, потому что они летят на нас или от нас. А чем дальше звезда находится от апекса и антиапекса, тем больше будет ее собственное движение. Представьте, что вы едете по дороге. Светофоры на перекрестках впереди и позади не будут сильно смещаться в стороны. А вот фонарные столбы вдоль дороги так и будут мелькать (иметь большое собственное движение) за окном.
На гифке показано перемещение звезды Барнарда, имеющей самое большое собственное движение. Уже в 18 веке у астрономов появились записи положения звезд на промежутке в 40-50 лет, которые позволили определить направление движения более медленных звезд. Тогда английский астроном Уильям Гершель взял звездные каталоги и, не подходя к телескопу, стал вычислять. Уже первые расчеты по каталогу Майера показали, что звезды движутся не хаотично, и апекс можно определить.
Источник: Hoskin, M. Herschel"s Determination of the Solar Apex, Journal for the History of Astronomy, Vol. 11, P. 153, 1980
А с данными каталога Лаланда область удалось серьезно уменьшить.
Оттуда же
Дальше пошла нормальная научная работа - уточнение данных, расчеты, споры, но Гершель использовал правильный принцип и ошибся всего на десять градусов. Информацию собирают до сих пор, например, всего тридцать лет назад скорость движения уменьшили с 20 до 13 км/с. Важно: эту скорость нельзя путать со скоростью солнечной системы и других ближайших звезд относительно центра Галактики, которая равна примерно 220 км/с.
Еще дальше
Ну и, раз мы упомянули скорость движения относительно центра Галактики, необходимо разобраться и тут. Галактический северный полюс выбран так же, как и земной - произвольно по соглашению. Он находится недалеко от звезды Арктур (альфа Волопаса), примерно вверх по направлению крыла созвездия Лебедя. А в целом проекция созвездий на карту Галактики выглядит так:
Т.е. Солнечная система движется относительно центра Галактики в направлении созвездия Лебедя, а относительно местных звезд в направлении созвездия Геркулеса, под углом 63° к галактической плоскости, <-/, если смотреть с внешней стороны Галактики, северный полюс сверху.
Космический хвост
А вот сравнение Солнечной системы с кометой в видео совершенно корректно. Аппарат NASA IBEX был специально создан для определения взаимодействия границы Солнечной системы и межзвездного пространства. И по его|| Раздвижение пространства. Движение в микромире
Раздвижение пространства
Все видимые с Земли галактики входят в Метагалактику - систему более высокого уровня. Современные астрофизики Метагалактику склонны считать всей Вселенной. Наша Галактика, или система звезд Млечного Пути, - одна из звёздных систем, входящих в состав Метагалактики. В начале ХХ века удалось доказать, что многие из известных ранее светлых туманностей, звёздная природа которых долгое время оставалась под сомнением, являются в действительности гигантскими звёздными системами, подобными нашей Галактике. Согласно последним признанным оценкам, размеры видимой части Метагалактики лежат в пределах 13,4-15 миллиардов световых лет (http://ru.wikipedia.org/wiki/). Чтобы пересечь видимую нами в самые мощные телескопы часть Метагалактики, свету требуется столько земных лет. Кстати, свет в вакууме распространяется со скоростью 300 тыс. км в секунду. Около 1 млрд. галактик доступны наблюдению современными телескопами.
Часть видимой в современные телескопы Метагалактики. Распределение галактик во Вселенной (по Дж. Пибблсу). Каждая светлая точка - это целая галактика. Яркие светлые пятна - скопления галактик.
Детальные исследования внегалактических объектов привели к открытию галактик разных типов - радиогалактик, квазаров и др. В пространстве между галактиками находятся отдельные звёзды, а также межгалактический газ, космические лучи, электромагнитное излучение; внутри скоплений галактик содержится и космическая пыль.
Средняя плотность вещества в известной нам части Метагалактики оценивается различными авторами от 10 в -31 степени до 10 в -30 степени г/см 3 . В пределах Метагалактики наблюдаются значительные местные неоднородности. Многие галактики составляют группировки различной степени сложности - двойные и более сложные кратные системы; скопления, включающие десятки, сотни и тысячи галактик; облака, содержащие десятки тысяч (и более) галактик. Так, например, наша Галактика и около полутора десятков ближайших к ней галактик являются членами небольшого скопления, так называемой местной группы галактик. Скопление, содержащее несколько тысяч галактик, видно в созвездиях Девы и Волос Вероники на расстоянии около 40 млн. световых лет от нас. Распределение галактик в масштабе всей известной части Метагалактики не обнаруживает систематического падения плотности в каком-либо направлении, что могло бы указывать на приближение к ее границам. (Б. А. Воронцов-Вельяминов. Большая советская энциклопедия).
Наша Галактика вместе с Туманностью Андромеды и тремя десятками других менее крупных галактик образует Местную группу галактик. Эта группа в свою очередь входит в крупное скопление галактик с центром в направлении на созвездие Девы. В центре скопления находится очень массивная эллиптическая галактика, обозначаемая как Дева А, и само это скопление, насчитывающее в своем составе около тысячи галактик, называется скоплением в Деве. Скопление в Деве служит ядром еще более крупного образования, называемого Местным сверхскоплением. Кроме скопления в Деве в него входит еще несколько скоплений и групп галактик. Местное сверхскопление - это уплощенная система. Сейчас находят и другие сверхскопления, подобные Местному сверхскоплению. Вместе они образуют нечто вроде сетчатой структуры. Протяженные сверхскопления соединяются и пересекаются; они служат "стенками" ячеек (метагалактических пузырей), внутри которых галактики почти полностью отсутствуют. (http://secretspace.ru/index_770.html).
Ученые считают, что расширение Вселенной началось 18 млрд. лет назад "Большим Взрывом" из сверхплотного состояния - сингулярности. Что в действительности произошло тогда и каким образом всему веществу Вселенной были сообщены начальные скорости расширения, неизвестно. Это составляет, пожалуй, самую трудную проблему современной астрономии и физики.
Вещество Вселенной представляло собою тогда необычайно плотную и горячую плазму, ионизованный газ, пронизанный к тому же мощным электромагнитным излучением. Высокая плотность вещества в ранние эпохи следует из теории космологического расширения: если сейчас в среднем по Вселенной плотность вещества падает из-за общего расширения, то в прошлом она была, очевидно, больше. Чем дальше в прошлое, тем более плотным должно было быть вещество Вселенной. Теория утверждает, что в прошлом Вселенной существовал такой момент, когда плотность была (формально) бесконечной. Тогда-то и произошел "Большой Взрыв", с которого началась история расширяющейся Вселенной.
Космология Фридмана дает динамику Вселенной, но ничего не говорит о ее температуре. Динамику нужно дополнить еще термодинамикой. При этом, в принципе, допустимы две крайние возможности: 1) неограниченное возрастание плотности вещества при взгляде в прошлое Вселенной сопровождается и неограниченным возрастанием его температуры; 2) начальная температура Вселенной равна нулю.
Идею "горячего начала" Вселенной выдвинул в 40-е годы прошлого века физик Г. Гамов. Но с ней успешно конкурировала и идея "холодного начала", тоже отнюдь не тривиальная. (Нильс Бор по поводу противоположных гипотез заявил, что по-настоящему глубокая идея всегда такова, что противоположное ей утверждение тоже представляет собой глубокую идею.)
Исходным мотивом и целью гипотезы горячей Вселенной было объяснение наблюдаемого химического состава звезд. В плотном и горячем веществе в первые минуты космологического расширения могли происходить разнообразные ядерные реакции, и в этом "котле", как предполагалось, должно было "свариться" вещество нужного состава, из которого в дальнейшем и образуются все звезды Вселенной. И действительно, теоретический расчет показывает, что по завершении этого процесса подавляющая часть вещества - до 75% (по массе) - приходится на водород и почти 25% - на гелий. Это очень близко к тому, что в действительности наблюдается во Вселенной. Что же касается более тяжелых элементов, то в космологическом "котле" их может "свариться" очень мало, меньше сотой доли процента. Они возникают в основном гораздо позже, в термоядерных реакциях, протекающих уже в самих звездах.
Согласно общим законам термодинамики, вместе с горячим веществом в ранней Вселенной обязательно должно было существовать излучение - совокупность электромагнитных волн, распространявшихся во всех направлениях. Об этих пакетах волн можно говорить и как о газе частиц - фотонов - квантов электромагнитных волн. Температура газа фотонов такая же, как и температура излучения. В ходе общего космологического расширения температура вещества и фотонов падает с падением плотности от очень больших до очень малых значений, но фотоны при этом никуда не исчезают, они должны сохраниться до современной эпохи, создавая общий фон излучения во Вселенной. Это предсказание теории Гамова подтвердилось в 1965 г., когда астрофизики А. Пензиас и Р. Вильсон обнаружили космический фон электромагнитного излучения. Температура фотонов оказалась очень низкой - всего около трех градусов по шкале Кельвина. Электромагнитные волны, соответствующие такому холодному газу фотонов, принадлежат в основном диапазону миллиметровых волн. По предложению астронома И. С. Шкловского, это излучение было названо реликтовым. (Информация из книги И. Д. Новикова "Эволюция Вселенной". М.: Наука, 1983).
Фиг. 15. Скопление галактик в Метагалактике. Трудно представить, что все эти светлые круглые и вытянутые пятнышки - галактики, что в каждой из них миллионы звездных систем с планетами. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:HUDF-JD2.jpg |
В 20-е годы ХХ века было открыто странное космическое явление - разбегание галактик в Метагалактике: сначала это открытие сделал теоретически Гамов, затем факт разбегания галактик доказал экспериментально Хабл. Галактики "разбегаются", и доказательство этому - смещение линий спектра в красную сторону. Это значит, что от улетающей галактики световые электоромагнитные волны, долетая до Земли, "растягиваются" - становятся длиннее. В конце ХХ века астрофизики установили, что чем дальше от нас находится галактика, тем с большей скоростью она от нас удаляется, а самые дальние галактики удаляются от нас со скоростью света (300000 км/сек). Но ведь из Общей Теории Относительности следует, что в нашей Вселенной скоростей больше скорости света быть не может. Как же это объяснить? Неужели Эйнштейн был неправ? Космофизики пытаются объяснить резбегание галактик теорией Большого Взрыва , согласно которой Метагалактика (наша Вселенная) возникла из некоего сверхплотного тела (сингулярности) в результате его взрыва 18 миллиардов лет назад. Галактики, согласно этой теории, - это результат остывания плазмы, образовавшейся при Большом взрыве. |
Согласно теории Большого Взрыва, в этой плазме возникли неоднородности (причин возникновения неоднородностей теория не называет), затем стали образовываться огромные облака, которые по мере остывания сжимались. В результате элементарные частицы, из которых состояли эти облака, взаимодействуя друг с другом, образовали атомы, атомы объединялись в молекулы, из молекул в результате дальнейшего сжатия облаков образовались ядра звезд и планет. Но энергия, которая была передана облакам плазмы при Большом взрыве, сохранилась, поэтому галактики и разбегаются. Но почему дальние галактики убегают быстрее ближних? На этот вопрос молчит наука.
Фиг. 16. Неравномерное распределение галактик в Метагалактике. Теория Фридмана, как и все прочие космологические теории, в качестве основного постулата использует утверждение об изотропности метагалактики, точнее, о равномерности распределения в ней вещества. Якобы в масштабах Метагалактики это так, потому что иначе быть не может. Но, глядя на эти фотографии и рисунки, основанные на конкретных астрономических наблюдениях, я засомневался в справедливости этого постулата, а точнее, допущения. Галактики в Метагалактике распределены неравномерно! Они образуют в Метагалактике так называемую "сотовую структуру", располагаясь по стенкам огромных пустых пузырей, заполненных вакуумом. |
Фиг. 17. Неравномерное распределение галактик в Метагалактике. |
Я уже писал раньше, что галактики на самом деле не разбегаются, а расширяется пространство - расширяется вакуум, который разделяет скопления галактик. Этот процесс можно назвать растягиванием трехмерного пространства-вакуума в тех частях Вселенной, где концентрация вещества меньше некоторого минимума. Причем пространство-вакуум растягивается в каждой точке - оно просто раздвигается. Поэтому, чем дальше от нас находится галактика, тем быстрее она от нас удаляется, поэтому самые дальние видимые галактики удаляются от нашей галактики со скоростью, близкой к скорости света. А те галактики, которые находятся дальше некоторого расстояния L (за горизонтом Метагалактики), удаляются от нас со скоростью большей, чем скорость света, поэтому для нас они невидимы - они "за горизонтом" видимости. Но они есть, и если бы мы передвинулись на несколько миллиардов световых лет, то увидели бы галактики, которые из нашей точки не видны. Но в то же время стали бы невидимыми дальние галактики с противоположной стороны, от которых мы удалились.
Если бы мы могли моментально переместиться на край видимой нами сейчас Вселенной, мы бы увидели, что этого края нет, что за ним простираются миллиарды галактик, которые тоже "разбегаются". И где бы мы не очутились в Метагалактике, нам всюду бы казалоссь, что мы находимся в ее центре.
Фиг. 18. Сотовая структура Метагалактики. Галактики в Метагалактике располагаются по поверхности "пузырей расширяющегося вакуума". |
Но есть вопрос: а является ли движением в обычном понимании растяжение вакуума - расширение Вселенной? Мы привыкли считать, что движение тел в поле гравитации вызывают силы притяжения этих тел друг к другу. Силы действуют на тела и в результате их непосредственного соударения (бильярдные шары). Силы притяжения вызывают движение планет вокруг звезд и звезд вокруг центров галактик. А в случае растяжения вакуума разве никаких сил нет? Вероятно, силы есть, только это силы антигравитации, ведь они раздвигают пространство и "разбрасывают" галактики. Полномасштабное космическое взаимодействие - это не только притяжение одних тел к другим, но это и разбегание галактик друг от друга в результате раздвижения вакуума. Думаю, что если концентрация гравитирующей массы в некотором объеме пространства выше определенной величины G, то пространство в этом объеме не растягивается, здесь гравитация и антигравитация уравновешивают друг друга. Но если концентрация гравитирующей массы в некоторой части пространства значительно меньше этой величины, то тогда антигравитация преобладает и вакуум раздвигается. Но когда концентрация вещества значительно больше G, то тогда космические тела падают друг на друга, образуют сверхплотные тела, которые космофизики называют сингулярностями. |
Возможно ли обычное перемещение тел в раздвигающемся пространстве-вакууме? Иными словами, возможны ли межгалактические перелеты космических кораблей сквозь пузыри раздвигающегося пространства, основанные на известном нам принципе устройства космических кораблей - "действие равно противодействию", т.е. на реактивной тяге? Думаю, что движение космического корабля в межгалактическом пространстве раздвигающегося межгалактического пузыря будет похоже на движение пловца к берегу, когда отливное течение уносит его от берега. Космический корабль должен развить скорость большую, чем скорость раздвижения пространства-вакуума. Если его скорость будет меньше скорости раздвижения пространства-вакуума, то он будет не приближаться к цели, а удаляться от нее. Для межгалактических полетов потребуются особые двигатели - "пожиратели вакуума". Но вот во что они будут преобразовывать этот вакуум? Может быть, в элементарные частицы или излучение? Пока наука не готова ответить на этот вопрос. Наверное, проще в Метагалактике передвигаться по стенкам метагалактических пузырей, в этом случае, двигаясь по кривой, можно быстрее достичь цели, нежели лететь сквозь метагалактический пузырь.
Итак, мы познакомились с тремя способами изменения расстояния между телами в пространстве - тремя типами движения: 1 - перемещение при соударении, 2 - движение в поле гравитации в результате гравитационного притяжения и 3 - перемещением в результате раздвижения пространства-вакуума.
Фиг. 19. Участок звездного неба, увиденный в телескоп. Видны мириады звезд а также странные темные участки, в которых звезд нет, или которые поглощают идущий к нам от них свет (непрозрачные участки). А может, это пузыри раздвигающегося пространства-вакуума? |
Во всех трех случаях изменение расстояний между объектами мы считаем движением и не видим принципиальной разницы между вторым и третьим типом движения. А ведь в одном случае мы имеем дело с гравитацией, а в другом - с антигравитацией. Думаю, правильнее и тот и другой тип движения считать проявлениями гравитации, расширив это понятие. Во втором случае гравитация будет положительной, а в третьем - отрицательной. В теории относительности Эйнштейна постулируется воздействие вещества на пространство-вакуум: массивные тела искривляют пространство. Но в его теории ничего не говорится о том, что будет происходить с пространством-вакуумом, если вещества в нем будет очень мало. Априори считается, что в этом случае с пространством-вакуумом ничего происходить не будет. Однако разбегание галактик в Метагалактике говорит нам о другом. |
Если в пределах звездных систем и галактик главную роль играет положительная гравитация, то в пределах Метагалактики - отрицательная и положительная. Вакуум и вещество - суть две взаимодействующие формы материи, из которых построена наша бесконечная в пространстве и времени Вселенная. А гравитационное взаимодействие может быть как положительное, так и отрицательное.
Считаю, что прав был древний грек Гераклит Эфесский, который писал: "Мир, единый из всего, не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющим и закономерно угасающим". Или в другом переводе: " Этот космос, тот же самый для всех, не создал никто ни из богов, ни из людей, но он всегда был, есть и будет вечно живым огнем, мерами разгорающимся и мерами погасающим".
Измеряя световую энергию, излучаемую Млечным Путем, можно приблизительно определить массу нашей галактики. Она равняется массе ста миллиардов Солнц. Однако, "изучая закономерности взаимодействия того же Млечного Пути с близлежащей галактикой Андромеды, мы обнаруживаем, что наша Галактика притягивается к ней так, как будто весит в десять раз больше», пишет Давид Шрамм. Астрофизики уверенно заявляют, что Вселенная простирается на Х световых лет и ее возраст - У миллиардов лет.
Для нескольких тысяч галактик измерены расстояния от нас. Они оказались расположены на таком большом расстоянии, что их свет от них идет до нас около 10 млрд. лет. Ближайшие к нам галактики - Магеллановы облака - расположены на расстоянии около 150000 световых лет, а Туманность Андромеды расположена в десять раз дальше. Большинство галактик в телескоп выглядят как маленькие туманные пятнышки. Невооруженным глазом можно увидеть три ближайшие к нам галактики: Туманность Андромеды в Северном полушарии, Большое и Малое Магеллановы облака в Южном полушарии неба.
Мы не имеем ясного представления о нашей Галактике - Млечном Пути. Астроном Б. Дж. Бок пишет: «Я вспоминаю середину 70-х годов, когда я и мои коллеги, исследователи Млечного Пути, были абсолютно уверены в себе. В то время никому не могло прийти в голову, что очень скоро нам придется пересмотреть свои представления о размерах Млечного Пути, увеличив его диаметр втрое, а массу вдесятеро». Но и наша собственная Солнечная система остается для нас загадкой. Традиционное объяснение происхождения планет, согласно которому планеты образовались в процессе конденсации облаков космической пыли и газа, имеет под собой довольно шаткий фундамент. Профессор В. Мак-Рей пишет: «Проблема происхождения Солнечной системы продолжает оставаться, пожалуй, самой значительной из всех нерешенных проблем астрономии». Пока что нет никаких оснований утверждать, что все ответы на вопросы космологии уже описаны математическим формулами, преждевременно отвергать альтернативные подходы, которые могут быть основаны на иных законах и принципах, чем известные нам законы физики.
Согласно теории Большого взрыва, Вселенная (=Метагалактика) возникла из точки с нулевым объемом и бесконечно высокими плотностью и температурой. Это состояние, называемое сингулярностью, не поддается математическому описанию. Такое начальное состояние в принципе не может быть описано математически. Об этом состоянии ровным счетом ничего нельзя сказать. Все расчеты заходят в тупик. Это все равно что заниматься делением какого-то числа на ноль. Профессор Б. Лоувел писал о сингулярностях следующее: «В попытке физически описать исходное состояние Вселенной мы натыкаемся на препятствие. Вопрос в том, является ли это препятствие преодолимым? Может быть, все наши попытки научно описать исходное состояние Вселенной заранее обречены на неудачу?" Пока что это препятствие не смогли преодолеть даже самые выдающиеся ученые, разрабатывающие теорию Большого взрыва.
В научно-популярных изложениях теории Большого взрыва сложности, связанные с исходной сингулярностью, либо замалчиваются, либо упоминаются вскользь, но в специальных статьях ученые, делающие попытки подвести математическую базу под эту теорию, признают их главным препятствием. Профессора математики С. Хоукинг и Г. Эллис отмечают в своей монографии «Крупномасштабная структура пространства-времени»: «На наш взгляд, вполне оправданно считать физическую теорию, которая предсказывает сингулярность, несостоявшейся». Гипотеза о происхождении Вселенной, которая постулирует, что исходное состояние Вселенной не поддается физическому описанию, выглядит довольно подозрительно. Но это еще полбеды. Следующий вопрос: откуда взялась сама сингулярность? И ученые вынуждены объявить математически неописуемую точку бесконечной плотности и бесконечно малых размеров, существующую вне пространства и времени, безначальной причиной всех причин. (Информация взята с сайта: http://www.goldentime.ru/Big_Bang/4.htm)
Б. Лоувел утверждает, что сингулярность в теории большого взрыва «часто представлялась как математическая проблема, возникшая из постулата об однородности Вселенной». Чтобы скорректировать это, теоретики стали вводить в свои модели сингулярности асимметрию, аналогичную той, которую можно видеть в наблюдаемой Вселенной. Таким образом, они надеялись внести в исходное состояние Вселенной достаточную неупорядоченность, необходимую для того, чтобы сингулярность не сводилась к точке. Однако все их надежды были разрушены Хоукингом и Эллисом, которые утверждают, что, согласно их расчетам, неоднородная сингулярность существовать не может».
В 60-е годы нынешнего столетия было обнаружено микроволновое фоновое излучение, равномерно заполняющее все космическое пространство. Оно представляет собой радиоволны миллиметрового диапазона, распространяющиеся по всем направлениям. Таинственное явление было открыто радиоастрономами Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном, за что оба были удостоены Нобелевской премии. «Фотонный газ» равномерно заполняет всю Вселенную. Его температура близка к абсолютному нулю - около 3 о К. Зато энергия, сосредоточенная в нем, превышает световую энергию всех звезд и галактик, вместе взятых, за все время их существования.
Новооткрытое явление немедленно было истолковано как температурно ослабленное излучение, образовавшееся вместе со всей Вселенной в результате Большого взрыва 10-20 миллиардов лет тому назад. За истекшее время эти, по-другому называемые еще «реликтовыми», фотоны якобы успели остыть до температуры около трех градусов по шкале Кельвина. «Нормальными» и «ослабленными» световыми квантами наполнено все космическое пространство: на каждый протон приходится несколько десятков миллионов таких фотонов. Так что же представляет собой это загадочное «реликтовое» излучение? И можно ли говорить о «реликтовых» фотонах?
Движение в микромире
Но есть еще одна разновидность движения - это движение в микромире, которое в принципе отличается и от перемещения тел в пространстве, и от раздвижения этого пространства . Эта разновидность движения еще более загадочна, чем движение в результате раздвижения пространства-вакуума. От рассмотрения явлений в масштабе Метагалактики мы должны перейти к рассмотрению явлений в масштабе субатомном - перейти в микромир. Мы смогли убедиться в том, что движение в масштабе Метагалактики в принципе отличается от движения в масштабе Солнечной системы. А что же происходит в масштабе атомов и элементарных частиц? Оказывается, в микромире движение еще более необычно, чем в Метагалактике.
Когда пучок элементарных частиц проходит через небольшое отверстие, то на выходе наблюдается странная картина. Этот пучок ведет себя как волна - он, пройдя отверстие, несколько рассеивается. Если бы частицы были упругими шариками, то такого явления мы наблюдать не могли бы. Те частицы, которые попали в отверстие, продолжали бы двигаться в том же направлении, а те, которые не попали, отскочили бы назад. Рассеивание пучка элементарных частиц после прохождения через отверстие называется дифракцией. Ограниченный в пространстве волновой пучок имеет свойство «расходиться» («расплываться») в пространстве по мере распространения даже в однородной среде. Это явление не описывается законами геометрической оптики и относится к дифракционным явлениям (дифракционная расходимость, дифракционное расплывание волнового пучка). Изначально явление дифракции трактовалось как огибание волной препятствия , то есть проникновение волны в область геометрической тени. Отступление от прямолинейности распространения света наблюдается также в сильных полях гравитации. Экспериментально подтверждено, что свет, проходящий вблизи массивного объекта, например, вблизи звезды, отклоняется в её поле тяготения в сторону звезды. Таким образом, и в данном случае можно говорить об «огибании» световой волной препятствия. Однако, это явление не относится к дифракции. Вместе с тем, во многих случаях дифракция может быть и не связана с огибанием препятствия. Такова, например, дифракция на непоглощающих (прозрачных), так называемых фазовых структурах. На схемах справа показана интенсивность ударов частиц, прошедших сквозь отверстие на экран, который находится за отверстием. Фото с сайтов: http://ru.wikipedia.org/wiki/ и http://teachmen.ru/work/lectureW/. |
|
В 1900 г. Макс Планк ввёл универсальную постоянную h, позднее получившую название "постоянной Планка". Именно дату этого события часто считают годом рождения квантовой теории. В 1913 г. для объяснения структуры атома Нильс Бор предложил существование стационарных состояний электрона в атомах химических элементов, состояний, в которых энергия может принимать лишь дискретные значения. Квантовая гипотеза Планка состояла в том, что любая энергия элементарными частицами поглощается или испускается только дискретными порциями. Эти порции состоят из целого числа квантов с энергией, пропорциональной частоте электромагнитного колебания с коэффициентом пропорциональности, определяемым по формуле:
Где h - постоянная Планка, и .
В 1905 году, для объяснения явлений фотоэффекта, Альберт Эйнштейн, использовав квантовую гипотезу Планка, предположил, что свет состоит из порций - квантов. Впоследствии «кванты» получили название фотонов.
В 1923 году Луи де Бройль выдвинул идею двойственной природы вещества, согласно которой поток материальных частиц обладает и волновыми свойствами, и свойствами частицы с массой и энергией. Это предположение в 1927 году получило экспериментальное подтверждение при исследовании дифракции электронов в кристаллах. До принятия гипотезы де Бройля дифракция расценивалась как исключительно волновое явление, но согласно гипотезе де Бройля дифракцией могут обладать потоки любых элементарных частиц.
В 1926 году Э. Шрёдингер создал на основе этих идей волновую механику, содержащую новые фундаментальные законы кинематики и динамики. Развитие квантовой механики продолжается до сих пор. Помимо квантовой механики, важнейшей частью квантовой теории является квантовая теория поля.
«По современным представлениям, квантовое поле является наиболее фундаментальной и универсальной формой материи, лежащей в основе всех её конкретных проявлений.» (Физическая энциклопедия. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ). «Принято считать, что масса элементарной частицы определяется полями, которые с ней связаны.» (Физический энциклопедический словарь. МАССА). «... разделение материи на две формы - поле и вещество - оказывается довольно условным.» (Физика. О.Ф.Кабардин. 1991. С.337.) «... элементарные частицы материи по своей природе представляют собой не что иное, как сгущения электромагнитного поля...» (А.Эйнштейн. Собрание научных трудов. М.: Наука. 1965. Т.1. С.689.)
С современной точки зрения, частицы материи - это квантованные волновые образования, возбуждённые состояния квантового поля, т.е. рассмотрение полевого строения элементарных частиц надо начинать с анализа свойств возмущений поля (полевых потоков), которые представляют возбуждённые состояния. Например, частицы фотоны - это элементарные возбуждения электромагнитного поля, состоящие из элементарных электрических и магнитных возмущений. В описании полевых процессов пока ещё много неясного, поэтому попытаюсь прочитать физическую литературу как бы между строк, точнее, между цитат и проанализировать то, что из них логически вытекает, но скромно умалчивается. Также цитаты служат напоминанием, если кто подзабыл физику. (Алеманов С.Б. Волновая теория строения элементарных частиц. - М.: "БИНАР", 2011 г. - 104с.).
«Однако позже выяснилось, что пустота - "бывший эфир" - носитель не только электромагнитных волн; в ней происходят непрерывные колебания электромагнитного поля ("нулевые колебания"), рождаются и исчезают электроны и позитроны, протоны и антипротоны и вообще все элементарные частицы. Если сталкиваются, скажем, два протона, эти мерцающие ("виртуальные") частицы могут сделаться реальными - из "пустоты" рождается сноп частиц. Пустота оказалась очень сложным физическим объектом. По существу, физики вернулись к понятию "эфир", но уже без противоречий. Старое понятие не было взято из архива - оно возникло заново в процессе развития науки. Новый эфир называют "вакуумом" или "физической пустотой".» (Академик А.Мигдал).
Экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля стало поворотным моментом в развитии квантовой механики. Это послужило оформлению идей корпускулярно-волнового дуализма. Подтверждение этой идеи для физики стало важным этапом, поскольку дало возможность не только характеризовать любую частицу, присваивая ей определённую индивидуальную длину волны, но также полноправно использовать её в виде определённой величины в волновых уравнениях при описании явлений.
Появление квантовой теории связано с тем, что в рамках классической механики невозможно, например, объяснить движение электронов вокруг атомного ядра. Согласно классической электродинамике, электрон, вращающийся с большой скоростью вокруг атомного ядра, должен излучать энергию, при этом его кинетическая энергия должна уменьшаться, и он непременно должен упасть на ядро. Но электроны вопреки этому на ядро не падают, поэтому атомы как системы устойчивы. Существование устойчивых атомов, согласно классической механике, просто невозможно. Квантовая теория - это совершенно новый взгляд, позволяющий с огромной точностью описывать необычное поведение электронов и фотонов.
Некоторые свойства квантовых систем кажутся необычными в рамках классической механики, например, такие, как невозможность одновременно измерить координату частицы и ее импульс, или несуществование определённых траекторий движения электронов вокруг ядер. Наша повседневная интуиция, основанная на наблюдениях явлений макро и мега уровней, никогда не сталкивается с таким типом движения, поэтому в данном случае «здравый смысл» дает сбой, поскольку он годится только для макроскопических систем. Законы механики и теория гравитации Ньютона применимы для описания движения в макромире, теория относительности - для описания общей структуры пространства-времени, а квантовая механика - для объяснения поведения субатомных частиц. К сожалению, теория Эйнштейна и квантовая теория попрежнему явно противоречат друг другу.
Первым шагом на пути к интеграции обеих теорий является теория квантового поля. Такое объединение идей оказалось довольно успешным, но в то же время П. Дирак, автор теории квантового поля, признался: «Похоже, что поставить эту теорию на солидную математическую основу практически невозможно». Пока никто не имеет ни малейшего представления о том, как это сделать. (http://www.goldentime.ru/Big_Bang/7.htm).
Физик Д. Бем писал: «Всегда имеется вероятность того, что будут обнаружены принципиально иные свойства, качества, структуры, системы, уровни, которые подчиняются совсем другим законам природы». Выходом из теоретических затруднений может оказаться теория пространственно-временных туннелей или, как их еще называют, «космических нор», серьезно рассмотренная физиком Дж. Уилером в работе «реометродинамика» в 1962 г. Эта теория предполагает космические туннели как переходы, связывающие прошлое и будущее или даже различные вселенные друг с другом. (http://www.goldentime.ru/Big_Bang/7.htm). Эта теория исходит из того, что наш мир не четырехмерен, как считал А. Эйнштейн, а пятимерен. В пятом измерении точки нашего пространства-времени, удаленные друг от друга на большое расстояние или время, могут располагаться в непосредственной близости друг к другу. Например, две точки на плоскости (двумерное пространство) удалены друг от друга на 20 см, а если плоскость смять, то в третьем измерении эти точки могут оказаться на расстоянии 2 см, но чтобы попасть из одной точки в другую, необходимо выйти за пределы плоскости в трехмерное пространство.
|
Похоже, что наш мир в малых масштабах пятимерен. Это значит, что элементарные частицы могут "выпадать" из четырехмерного пространства-времени в пятое измерение и появляться в любой точке "смятого" в пятом измерении четырехмерного пространства-времени. Именно поэтому электрон в атоме не имеет орбиты такой, как, например, орбита Земли в Солнечной системе. Он в атоме относительно ядра движется в пятимерном пространстве, поэтому в один и тот же момент времени он может находиться в нескольких точках четырехмерного пространства-времени, так как эти точки в пятом измерении соприкасаются друг с другом. Электроны в атоме находятся в виде облаков, которые называются орбиталями. Облака-орбитали бывают разные: одни в виде шара - s-электроны, другие в виде гантели - p-электроны. Есть еще более сложные конфигурации электронных облаков. В пределах s-облака и в пределах p-облака невозможно определить местонахождение электрона точно, можно только определить верочтность его пребывания в разных точках этих облаков. Ф. Янчилина в своей книге "По ту сторону звезд", изданной в Москве в 2003 г., для объяснения движения электрона в атоме вводит понятие дискретного движения. Именно так в четырехмерном пространстве времени будет выглядеть движение частицы, которая на самом-то деле движется в пятимерном пространстве. В начале двадцатого века Эйнштейн ввел понятие четвертого измерения. В настоящее время по мере того, как обнаруживаются новые следствия уравнений гравитационного поля, выведенных Эйнштейном, физикам приходится вводить новые дополнительные измерения. Физик-теоретик П. Дэвис пишет: «В природе в дополнение к трем пространственным измерениям и одному временному, которые мы воспринимаем в повседневной жизни, существуют еще семь измерений, которые до сей поры никем замечены не были». Чтобы понять движение в мире элементарных частиц (микромире), необходимо просто примириться с тем, что этот мир имеет большее число измерений, чем наш макромир, но для понимания этого требуется определенное «растяжение» ума. (Информация взята с сайта: http://www.goldentime.ru/Big_Bang/10.htm). |
Ридберговский атом калия в эксперименте физиков из университета Райса (Хьюстон). |
Согласно планетарной модели атома, созданной Нильсом Бором, электроны обращаются вокруг ядра атома, как планеты вокруг звезды. Электрон может испускать фотон, переходя с высокого энергетического уровня на низкий. Напротив, поглощение фотона переводит электрон на более высокий уровень, приводит в возбужденное состояние. Ридберговскими называют атомы, в которых один из электронов внешней оболочки находится в сверхвозбужденном состоянии. Воздействуя на атом лазерным излучением с определенной длиной волны, можно добиться "раздувания" его внешней электронной оболочки, переводя электроны на все более высокие энергетические уровни. В этом случае электроны в атоме вступают в резонанс с электромагнитными колебаниями, направляемыми лазерным лучом. От этого атом увеличивается в размерах - буквально "распухает". Физики из Университета Райс (Хьюстон) с помощью лазера увеличили атом калия до гигантского размера - миллиметрового, что примерно в десять миллионов раз больше его обычного размера. Результаты этого эксперимента опубликованы в журнале Physical Review Letters. Согласно квантовой теории, положение электрона на орбите вокруг атома не может быть определено - электрон представляет собой волну, "размазанную" по оболочке. Однако в случае с ридберговскими атомами, электроны переходят в псевдоклассическое состояние, в котором движение электрона можно отслеживать как движение частицы по орбите. "При сильном увеличении размеров атома квантовые эффекты в нем могут переходить в классическую механику модели атома Бора", - поясняет Даннинг. Если это действительно так, то накачивая энергию в электронные орбитали с помощью облучения атомов лазером, мы можем перевести движение электронов из пятимерного пространства-времени в четырехмерное и сделать атом классическим - аналогом звезды с планетами. |
"Используя ридберговские атомы в высоковозбужденном состоянии и пульсирующие электрические поля, мы смогли управлять движением электронов и привести атом в планетарное состояние", - говорит ведущий автор исследования Барри Даннинг. Группа ученых из Университета Райс, используя лазер, довела уровень возбуждения атома калия до чрезвычайно высоких значений. С помощью тщательно подобранных серий коротких электрических импульсов им удалось привести атом в состояние, в котором "локализованный" электрон обращался вокруг ядра на значительно большем расстоянии. Диаметр электронной оболочки достиг при этом одного миллиметра. По словам Даннинга, электрон оставался локализованным на определенной орбите и вел себя почти как "классическая" частица. (http://ria.ru/science/20080702/ 112792435.html).
При подготовке статьи была использована информация с сайтов:
