Главный персонаж Вселенной

Теорема 2. Если материальную точку поместить внутри однородной среды (причем в любом месте, а не только в центре), то она не ощутит притяжения этой сферы, поскольку силы, действующие на нее со стороны всех элементарных частей сферы, в точности уравновесятся.

Эта теорема помогла тем специалистам, которые изучают недра небесных тел: стало возможным решать задачи, мысленно поместив наблюдателя внутрь планеты и не заботясь о тех слоях вещества, которые находятся снаружи от него, поскольку их суммарное притяжение равно нулю. Ньютон решил и задачу о том, как движутся две материальные точки, например планета и ее спутник, взаимно притягивающие друг друга по закону гравитации: они обращаются по эллиптической орбите вокруг общего центра масс, лежащего в фокусах эллипсов. Если сила взаимодействия изменяется обратно квадрату расстояния, то спутник действительно должен двигаться по эллипсу. Но теория Ньютона не только объяснила уже известные закономерности- она открыла и перспективу: эллипс оказался лишь частным случаем траектории; в зависимости от начальной скорости спутника ею могло быть любое коническое сечение- окружность, парабола, гипербола или, в предельном случае, прямая.

Любопытно, что закон тяготения в формулировки Ньютона справедлив только в нашем, трехмерном пространстве. Если бы мы жили в геометрическом пространстве большего или меньшего числа измерений, закон притяжения имел бы иную форму. Например в четырехмерном пространстве сила была бы обратно пропорциональна кубу расстояния. Но зачем издеваться над простым и изящным законом Ньютона, дающим зависимость 1/R2? Дело в том, что, обращаясь к реальным небесным объектам, мы замечаем их отличие от идеальных сфер. Форма Земли и Солнца лишь в первом приближении похожа на сферу. Известно, что Земля по причине вращения сплюснута вдоль полярной оси: расстояние между ее северным и южным полюсами на 43 км меньше, чем между противолежащими точками экватора. Из-за этого, к сожалению, теория Ньютона в точности не выполняется, и Земля притягивает к себе не как помещенная в ее центре массивная точка- а по более сложному закону. Нарушается простота ньютоновского закона, а значит, нарушается и простота взаимного движения тел. При этом их орбиты получаются не замкнутыми и гораздо более сложными, чем эллиптические.

Действительно, наблюдая за планетами, астрономы обнаружили, что все они движутся не точно по эллипсам, а скорее по «розеткам». Разумеется, это никого не удивило, поскольку, начиная с Ньютона, все ясно понимали, что простой эллипс, как и сама задача о двух точках, лишь первое приближение к реальности. Учитывая взаимное притяжение планет, обращающихся вокруг Солнца, удалось почти полностью объяснить форму их орбит. Траектории спутников, близких к своим планетам, в основном искажаются из-за несферичности планет, а на движение далеких спутников (в их числе- Луна) решающее влияние оказывает Солнце.

Но тщательное наблюдения не стыковались с теорией Ньютона. Не все получало физического объяснения. Например, ближайшая к Солнцу планета Меркурий движется по довольно 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 Меркурия поворачивается на 574`` за столетие в сторону движения самой планеты. Было доказано, что поворот на 531`` за 100 лет вызван влияния других планет- в основном 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. Обнаружив неувязку в движении Меркурия, Леверье решил, что ему вторично улыбнулась удача, как в случае с Нептуном. Он вычислил параметры неизвестной планеты, которая могла бы находиться внутри орбиты Меркурия и дополнительно возмущать его движение. Ее долго искали, но не нашли. Поэтому возник парадокс: ньютоновская физика объясняет движение всех тел Солнечной системы, кроме Меркурия. К счастью пришел на помощь Энштейн и объяснил, что теория Ньютона- это лишь первое приближение к описанию природы. Вместо мелких поправок к ньютоновской теории тяготения Энштейн внес в физику нечто совершенно новое- общую теорию относительности (ОТО). Правда ее математическая форма не так проста, как у ньютоновской теории, зато она правильно описывает притяжение и движение тел. Когда на основе ОТО было рассчитано движение Меркурия, теория сошлась с наблюдениями в пределах такой точности, какую только могут дать современные астрономы. Даже значительно меньший эффект- поворот эллиптической орбиты Земли всего на 4`` в столетие- весьма точно объясняется в рамках ОТО.

Другое по теме

Закон вечности
Природа имеет всеобщий и абсолютный ритм. Этот ритм равен семи. Коль скоро это так, то тогда, описывая математически циклическую структуру периодической системы, можно вывести своеобразный мировой закон. Периодическая система химических элементов, как известно, начинается с водорода. А существует ли конечный элемент, и ...

Международные космические организации
Тема моей работы Международные космические организации. Целью данной работы является дать общую характеристику комических организаций, раскрыть принципы деятельности международных космических организаций показать актуальность данной темы, показать организационную структуру, задачи, вопросы членства в международных орга ...