Часть 2: Гравитация. Равновесие во Вселенной.

01.04.2018

<<<Предыдущая статья

Мы выяснили в прошлый раз, что гравитация притягивает тела друг к другу. Почему же Вселенная, располагая таким большим количеством времени, не превратилась в единый слепленный сверхмассивный объект? Какое явление противодействует гравитации?

Ответом на этот вопрос будет - вращение. При движении тела по окружности, на него всегда действует центробежная сила, которая старается выбросить тело за пределы окружности (Рис. 1). Эта сила хорошо нам известна по ощущениям, которые мы испытываем при повороте на автомобиле. Природа ее возникновения связана с инерцией - свойством тел сопротивляться изменению их положения.

Рис.1.  Действие силы гравитации и противодействующей ей центробежной силы.
Рис.1. Действие силы гравитации и противодействующей ей центробежной силы.

Если действие силы центробежной и силы гравитации уравновешивается, то сближения тел более не происходит и это явление уравновешивания - основа стабильного существования планетных, звездных систем и галактик во Вселенной. Что же происходит, когда центробежная сила не уравновешена с силой гравитации? Это приводит либо к столкновению тел (если скорость вращения слишком мала), либо к изменению траектории в сторону уравновешивания этих сил. Важно отметить, что в большом числе случаев, уравновешивание сил происходит само собой, благодаря чему звездные системы существуют в изобилии. Например, странствующий астероид может стать спутником планеты, по спирали приближаясь к ней. С каждым новым витком, шаг спирали будет уменьшаться вследствие роста центробежной силы до тех пор, пока эта сила не уравновесится с гравитационной. Такая модель взаимодействия тел образует стабильную сбалансированную систему, которую Природа использует не только на уровне космических масштабов. Придется, сделать небольшое отступление, чтобы рассказать о том, насколько удивительно явление вращения, несмотря на кажущуюся обыденность.

Например, благодаря уравновешиванию сил электростатической и центробежной, согласно модели Бора (Рис.2), электроны не падают на ядра атомов, что позволяет атомам существовать в принципе. Современная квантовая физика признает модель атома Бора устаревшей и говорит о том, что электроны не вращаются по орбитам, а буквально "размазаны" по сфере вокруг ядра согласно принципу неопределенности Гейзенберга, но это не отменяет того, что электроны обладают моментом вращения, скоростью и действием на них центробежной силы. Таким образом, вращение позволяет существовать всей привычной нам материи и нам в том числе.

Рис.2. Модель атома Бора.
Рис.2. Модель атома Бора.

Для того, чтобы полностью передать важность и загадочность вращения, приглашаю помечтать и поразмыслить: Ты находишься в бесконечном пустом пространстве, вокруг тебя нет ни людей, ни объектов, ни воздуха, ни планет, ни газа, ни света - вообще ничего. Опустим вопрос относительно длительности твоего существования. Все что ты можешь видеть - это беспросветная мгла со всех сторон. Допустим, в твоем распоряжении имеются любые технические приборы и устройства, которые ты только пожелаешь. Используя их, попробуй ответить на вопрос - движешься ли ты в каком либо направлении? Если да, то с какой скоростью? Начнем с того, что ты не можешь оценить относительности своего движения, т.к. кроме тебя объектов более не существует. Конечно, можно попытаться представить себе наличие скорости, как наличие расстояния между той точкой, в которой ты был недавно и той, в которой ты сейчас, но ты не сможешь даже мысленно отметить эти точки и измерить расстояние между ними, поскольку эти точки будут неотличимы по всем свойствам, кроме времени их создания, что говорит о том, что эти две точки являются лишь одной точкой, но лишь наблюдаемые в различное время. На самом деле, подобного рода мысленные эксперименты проводились Галилеем и Эйнштейном. Принцип относительности Галилея утверждает:

"Результаты одинакового эксперимента в двух одинаковых лабораториях, движущихся друг относительно друга с некоторой скоростью равномерно и прямолинейно всегда будут одинаковыми".

Другими словами, это значит, что нет способа провести такой эксперимент, который указал бы "абсолютную скорость" объекта. В 1905 году, А. Эйнштейн показал в Специальной теории относительности, что такой эксперимент провести нельзя, поскольку такой "абсолютной скорости" вовсе не существует. Скорость может быть измерена только относительно другого объекта, но никак относительно пустого пространства. Все это значит, что ты, оказавшись в пустом пространстве, никаким образом не сможешь выяснить, движешься ли ты в каком то направлении или нет.

Но, совсем по-другому дело обстоит с вращением. Вращение всегда создает центробежную силу, поэтому, при вращении вокруг своей вертикальной оси, ты неизбежно почувствуешь, что твои руки раздвигаются в разные стороны тем сильнее, чем быстрее ты вращаешься (Рис.3) . Этот, кажущийся, обычным эффект, на самом деле, заслуживает глубоко осмысления:

В абсолютно пустом пространстве, в отсутствие каких либо точек опор и полей, можно создать постоянную силу посредством вращения.

Рис.3. Вращение человека в пространстве.
Рис.3. Вращение человека в пространстве.

Удивительно, но во всем мире не существует ничего такого, с чем не было бы связано вращение. Таким образом, вращение, в некотором смысле, является "родителем силы", как и гравитация. Возможно, именно благодаря этому, эти два эффекта так успешно сочетаются друг с другом, создавая возможность устойчивого существования нашей Вселенной.