додати матеріал


Стійкість сонячної системи

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Микола Носков

Як тільки з'ясувалося, що рух планет підкоряється законам механіки твердого тіла, а їх взаємодія - закону всесвітнього тяжіння, так відразу ж виникло питання про майбутнє Сонячної системи. Чи можна уявити її геометрію і якісні особливості через багато мільйонів років?

Так, теоретично це можливо при наступних умовах:

всі закони механіки відомі;

в диференціальних рівняннях, що описують рух планет, враховані всі взаємовпливу і обурення (в Сонячній системі їх налічується близько 20 тисяч!);

відомо, як відбулася і розвивалася Сонячна система.

З цих умов видно, що завдання виглядає практично нерозв'язною. Однак фізики і математики навчилися будувати модельні, спрощені завдання, які виділяють лише суттєві характеристики і впливу. Наближені методи розв'язання задач теорії збурень потім багаторазово перевіряються на практиці.

Створенню математично строгої і послідовної теорії стійкості руху наука зобов'язана Пуанкаре [1] (1854 ... 1912) і Ляпунову [2] (1857 ... 1918). Але вперше завдання стійкості руху планет поставлена ​​двома видатними механіками та математиками Лапласом [3] і Лагранжем [4] (1773). Вона полягає в тому, щоб, враховуючи всі обурення і взаємовпливу, скласти диференціальні рівняння руху планет і при їх вирішенні визначити, які нерівності: Періодичні або вікові, що означає стійка або нестійка система. Лаплас і Лагранж спільними зусиллями вирішили завдання стійкості Сонячної системи лише в першому наближенні, що виявилося явно недостатньо. Необхідно зауважити, що всі ці роботи з визначення стійкості Сонячної системи були б неможливими без кропіткої багаторічної праці астрономів і математиків з визначення еволюції планетних орбіт протягом кількох сотень тисяч років.

Після Пуанкаре та Ляпунова завданням стійкості продовжив займатися Арнольд [5] (Росія), який, вважається, практично вирішив завдання стійкості Сонячної системи. Але, незважаючи на такий, здавалося б, видатний результат складних математичних досліджень, не виникає відчуття остаточної перемоги над проблемою. І ось чому.

Всі фізики і математики, які брали участь у роботах по стійкості, були впевнені в завершеності класичної механіки (основна маса фізиків впевнена в цьому і тепер). Проте є факти та теоретичні передумови, які переконують в тому, що класична механіка не завершена, і є певні закони природи, які ще не відкриті. Саме незавершеність класичної механіки і привела фізику до кризи на початку ХХ століття, до появи теорії відносності і до відмови від класичних інваріантів.

Ось вже більше двох сторіч - в центрі уваги дослідників знаходиться формула Тициуса - Боді [6] (1772) для планетних відстаней, проте її таємниця поки залишається не відкритою. Незважаючи на те, що значення відстаней дещо відрізняються від обчислених з формули, завдяки їй був знайдений пояс астероїдів між Марсом і Юпітером, а при пошуку Нептуна нею користувалися Адамс і Левер'є. Сенс цієї формули став зрозумілий після виникнення квантової механіки (1915). Відстані планет до Сонця виражено в цій формулі через порядковий номер планети, що означає тільки одне - квантування! Отже, Сонячна система квантована?!

Після того, як в руках вчених з'явився потужний інструмент квантової механіки для опису спектру випромінювання та поглинання атома, і стало ясно, що механізм випромінювання і поглинання пов'язаний з квантуванням електронних оболонок, загадка квантування постала перед дослідниками у всій своїй красі і неприступності. Але, не розгадавши цієї таємниці в атомі, жерці науки наклали негласне вето на існування такої ж таємниці в гравітації. Так, у Борна в «Атомній фізики» [7] читаємо: «... Цілком незрозуміла з класичної точки зору і стабільність атомів. Для порівняння уявімо собі систему планет, які обертаються навколо Сонця, кожна з яких рухається, якщо немає ніякого обурює впливу, на певній незмінною орбіті. Припустимо, однак, що Сонячна система була б раптом в безпосередній близькості, наприклад, до Сиріусу. Тоді це сусідство вже саме по собі спотворило б траєкторію планет. Якщо б потім Сонячна система знову віддалилася від Сіріуса, то планети стали б обертатися навколо Сонця вже за новими орбітах з новими кутовими швидкостями та періодами звернення ... »

Далі Борн робить чудовий зигзаг в логіці, не помічаючи, що сам собі суперечить. Однак, давайте дочитаємо: «... Якби електрони в атомі підпорядковувалися тим же механічних законів, що і планети Сонячної системи, то неминучим наслідком будь-якої взаємодії між двома атомами було б повна зміна основних частот електронів, так що після взаємодії кожен атом випромінював б світло абсолютно інших довжин хвиль. Цьому, однак, в корені суперечить ... експериментальний факт ». (Виділено мною - Н.М.) Борн не помітив тут, що «експериментальний факт» може суперечити і для Сонячної системи, оскільки «абсолютно незрозуміла з класичної точки зору і стабільність атомів».

Повернімося тепер знову до проблеми стійкості Сонячної системи. Ми тепер бачимо, що ця проблема може бути вирішена зовсім в іншій площині, і саме так її намагався вирішити Четан [8]. Він висловив думку про те, що «стійкість, явище принципово загальне, як-то повинна, мабуть, проявлятися в основних законах природи». Пошук таких законів привів його до квантової механіки і до рівняння Шредінгера. Проте багаторічна робота в цьому напрямку, крім висловлювання гіпотези про квантуванні Сонячної системи, ні до чого не привела. І це природно, так як і сама квантова механіка причинно не обгрунтована, а «зроблена» лише «вгадуванням рівнянь». Крім того, подружжя не зважився порвати з постійною Планка, вказавши на те, що ця постійна працює тільки в електромагнітній взаємодії, у той час як в гравітації повинні працювати інші постійні. Адже ніхто не використовує гравітаційну постійну із закону всесвітнього тяжіння в законі Кулона!

Після невдачі Четаєва Молчанов [9] висунув ідею про те, що «еволюційно зрілі коливальні системи неминуче резонансні, а їх будова задається (подібно квантовим системам) набором цілих чисел». Проте ідея про резонансність є відступом назад по відношенню до квантованию Четаєва. Адже в квантовій механіці і один електрон в атомі водню підпорядкований законам квантування. Отже, закони квантування залежить від більш фундаментальних причин всередині самої механіки руху. І такі причини лежать на поверхні: резонанс коливань, накладених на одне тіло - в механіці поширене явище. Таким чином, не резонансність, а резонанс повинен бути розгадкою квантової механіки.

Після появи формули Тициуса - Боді сотні дослідників намагалися поліпшити цей закон, або знайти свій - з міркувань причинного характеру, але навіть найвідоміші з них - Шмідта [10] і Фісенкова [11] - не можуть вважатися формулами квантування, тому що номер планети входить в них лише побічно. Необхідно особливо відзначити важливість формули Фісенкова, оскільки в неї входять маси планет. Для нас це дуже важливо з наступних причин: маси планет можуть з'явитися у формулі квантування тільки у випадку, якщо в ній присутній співвідношення для довжин хвиль де Бройля, тому що при використанні тільки другого закону Ньютона для розрахунку характеристик орбіт маса планети не враховується.

Однак необхідно тепер повідомити читачеві, що нові закони механіки вже були відкриті. Це - закони запізнювання потенціалу (гравіодінаміка). У чому їх суть? Виявляється, при осмисленні законів взаємодії, їх механізмів і передачі потенціалу взаємодії на відстань, дослідник неминуче повинен прийти до поняття швидкості взаємодії. Якщо швидкість взаємодії кінцева, а це дійсно так, то при русі взаємодіючих тіл потенціал починає відставати від рухомого тіла і закони динаміки Галілея - Ньютона починають спотворюватися. Про те, як вони спотворюються, і говорять закони запізнювання потенціалу Гауса [12], Вебера [13] і Клаузіуса [14] - для електромагнітної взаємодії і закон Гербера [15] - для гравітації. Тепер дуже важко зрозуміти, чому вчений світ планети до сих пір не зрозумів важливість цих відкриттів, але я думаю, що це пов'язано з виникненням теорії відносності і боротьбою навколо неї.

Про те, з яких причин з'явилася теорія відносності, чому вона в певному сенсі змогла підмінити теорію запізнілого потенціалу і чому вона не може вважатися вірною, я писав у статті «Спільного принципу відносності не існує».

Досліджуючи запізнювання потенціалу поблизу рухомих тіл, я виявив, що запізніле відбувається нерівномірно, в результаті чого тіло схильне подовжнім коливань (див. статтю «Блиск і злидні» квантової механіки »). Таким чином, запізнювання потенціалу призводить до двох фундаментальних наслідків: 1) до зменшення сили взаємодії від швидкості і 2) до поздовжніх коливань рухомих тіл, що мають формулу вигляду де Бройля для довжин хвиль, що означає вихід до квантової механіки для будь-якої взаємодії, у тому числі і для гравітації.

Отже, стійкий рух на орбіті - явище принципово загальне для будь-якої взаємодії і, тому, обов'язково квантованное. Однак при виведенні формули для довжини поздовжніх коливань (виду де Бройля) з'ясувалося, що постійна квантування складним чином (через закон взаємодії) залежить від маси тіла. Так як в електромагнітній взаємодії маса електронів на орбіті постійна, залишається незмінною і постійна Планка.

Перевірка знайденої залежності для квантування Сонячної системи показала наступне: у першому наближенні без впливу мас планет теоретична крива квантування (парабола) близька до спостерігається. Однак виявлення впливу маси на зміну коефіцієнта пропорційності виявилося досить складним і знаходиться у стадії пошуку.

Знаходження закону квантування планетних відстаней проллє світло і на космогонію: проясниться механізм утворення і еволюції планетних систем.

Список літератури

А. Пуанкаре. Вибрані праці в 3-х томах, т. 1, Небесна механіка. Пер. з франц., Наука, М., 1971.

А.М. Ляпунов. Собр. соч. Вид-во АН СРСР, 1959.

П.С. Лаплас. Мемуар в Паризьку АН, 1773. У кн. В. Г. Дьоміна «Доля сонячної системи». Наука, М., 1969.

Ж.Л. Лагранж. Стаття 1784. У кн. В. Г. Дьоміна «Доля сонячної системи». Наука, М., 1969.

В.І. Арнольд. Рішення задачі про стійкість руху в довільних гамільтонових системах при наявності постійно діючих збурень. У кн. В. Г. Дьоміна «Доля сонячної системи». Наука, М., 1969, стор 209 ... 240.

І.Е. Боде. Закон планетних відстаней, встановлений І. Д. Тіциусом. 1772. Пер. з нім. в кн. Р. Курт. «Аналіз розмірностей в астрофізиці». Пер. з англ., Світ, М., 1975, стор 196.

М. Борн. Атомна фізика. Пер. з нім. Наука, М., 1981.

Н.Г. Подружжя. Стійкість руху. Роботи з аналітичної механіки. Вид-во АН СРСР, М., 1967.

А.М. Молчанов. Резонансність структури Сонячної системи. У кн. В. Г. Дьоміна «Доля сонячної системи». Наука, М., 1969.

О.Ю. Шмідт. Чотири лекції про теорію походження Землі. Вид-во АН СРСР, М., 1954.

В.Г. Фісенко. Праці Першого наради з питань космогонії 16 ... 19 квітня 1951р. Вид-во АН СРСР, М., 1951.

К.Ф. Гаус. Праці, т. 5, Королівське наукове товариство, Геттінген, 1867. Пер. з нім. в кн. М.Т. Роузвер. Перигелій Меркурія від Левер'є до Ейнштейна. Пер. з англ., Світ, М., 1985, стор 145.

W. Weber. Werke, Vol. 4, 247 ... 299, Springer, Berlin, 1894. Пер. з нім. в кн. М. Т. Роузвер. Перигелій Меркурія від Левер'є до Ейнштейна. Пер. з англ., Світ, М., 1985, стор 140 ... 144.

Р. Клаузіус. Ableitung eines neuen electrodynamischen Grundgesetzes. J. Reine angew. Math., 82, 85 ... 130, 1877. Пер. з нім. в кн. М. Т. Роузвер. Перигелій Меркурія від Левер'є до Ейнштейна. Пер. з англ., Світ, М., 1985, стор 146.

П. Гербер. Просторове і тимчасове поширення гравітації. Z. Math. Phys., 43, p. 93 ... 104, 1898. Пер. з нім. в кн. М. Т. Роузвер. Перигелій Меркурія від Левер'є до Ейнштейна. Пер. з англ., Світ, М., 1985, стор 168 ... 176.


Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат
24.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Будова Сонячної системи 2
Походження Сонячної системи 2
Зародження Сонячної системи
Походження Сонячної системи 2 2
Планети сонячної системи
Будова Сонячної системи
Походження Сонячної системи
Вулкани Сонячної системи 2
Походження сонячної системи 3
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru