39. КЛАССИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА

Классическая механика изучает механические движения тел со скоростями, много меньшими скорости света в вакууме.

Механическим движением тела называется изменение его положения в пространстве относительно другихтел с течением времени.

Линия, по которой движется точка тела, называется траекторией движения. Длина траектории называется пройденным путем. Вектор, соединяющий начальную и конечную точки траектории, называется перемещением.

Движение тела, при котором все его точки в данный момент времени движутся одинаково, называется поступательным движением. Для описания поступательного движения тела достаточно выбрать одну точку и описать ее движение.

Движение тела, при котором траектории всех точек тела являются окружностями с центрами на одной прямой и все плоскости окружности перпендикулярны этой прямой, называется вращательным движением.

Тело, размерами которого в данных условиях движения можно пренебречь, называют материальной точкой.

Тело можно рассматривать как материальную точку, если его размеры малы по сравнению с расстоянием, которое оно проходит, или по сравнению с расстоянием от него до других тел.

Чтобы описать механическое движение тела (точки), нужно знать его координаты в любой момент времени. Для определения координат материальной точки следует прежде всего выбрать тело отсчета и связать с ним систему координат. В механике часто телом отсчета служит Земля, с которой связывается прямоугольная декартова система координат. Для определения положения материальной точки в любой момент времени необходимо также задать начало отсчета времени. Система координат, тело отсчета, с которым она связана, и указание начала отсчета времени образуют систему отсчета, относительно которой рассматривается движение тела.

Траектория движения тела, пройденный путь и перемещение зависят от выбора системы отсчета, т. е. механическое движение относительно.

Для количественной характеристики процесса движения тела вводится понятие скорости движения.

Мгновенной скоростью поступательного движения тела в момент времени t называется отношение очень малого перемещения ?s к малому промежутку времени ?t, за который произошло это перемещение:

Мгновенная скорость – векторная величина. При последовательном уменьшении длительности промежутка времени направление вектора перемещения приближается к касательной траектории движения, через которую проходит тело в момент времени. Поэтому вектор скорости лежит на касательной к траектории движения тела и направлен в сторону движения тела.

Движение с постоянной по модулю и направлению скоростью называется равномерным прямолинейным движением. При равномерном прямолинейном движении тело движется по прямой и за любые равные промежутки времени проходит одинаковые пути.

Движение, при котором тело за равные промежутки времени совершает неодинаковые перемещения, называют неравномерным движением.

Процесс изменения скорости тела характеризуется ускорением. Ускорением называется векторная величина, равная отношению очень малого изменения вектора скорости к малому промежутку времени, за которое произошло это изменение:

Равноускоренным называется движение с ускорением, постоянным по модулю и направлению: а = const.

40. ПРОБЛЕМА РЕАЛЬНОСТИ В КВАНТОВОЙ ФИЗИКЕ

Классическая механика в микромире и для околосвет-ных скоростей неприменима. Релятивистская физика, основанная на теории относительности, применима к скоростям, близким к скорости света, а квантовая – к миру атомов и элементарных частиц.

Рассмотрим релятивистскую формулу массы:

где m 0 – масса покоя тела, v – скорость его движения. При уменьшении отношения до нуля, что может быть достигнуто или при v = 0 (покой), или при c = БЕСКОНЕЧНОСТИ(идея мгновенного распространения света), масса становится величиной постоянной m = m0, как это и признавалось в классической механике до А. Эйнштейна.

Известное соотношение E=m ? c2дает для массы то же переменное значение: m = E/c2

Скорость света есть величина постоянная, но сообщаемая телу извне энергия должна сказываться на величине массы. Релятивистская формула сложения скоростей в случае движения со скоростью света (фотон, нейтрино) приводит к выводу:

т. е. два фотона, обладающих каждый скоростью с, при движении навстречу друг другу сближаются не со скоростью с2как этого требовал бы здравый смысл, а все с той же скоростью с.

Если в релятивистской физике границы применимости были связаны с огромностью и постоянством скорости света (с = 300 000 км/с), то в квантовой механике границы применения классической физики связаны с малостью постоянной Планка(h= 6,62 ? 1 0-27эрг ? с).

Волновые свойства материи, которые не рассматривает классическая физика, характеризуются длиной волны де Бройля:

Чем короче длина волны, тем больше импульс – основная характеристика материальной частицы, и, наоборот, увеличение импульса (или скорости) приводит к уменьшению длины волны, т. е. уменьшению волновых свойств. Для микромира с его частицами малой массы длина волны достигает размеров, позволяющих измерить ее и обнаружить волновую природу частиц (явление дифракции). В макромире вследствие чрезвычайной малости hдлина волны получается исчезающе-малой.

Так, если человек средней массы идет со скоростью 5 км/ч, то длина соответствующей волны получается порядка 10-23см.

Математически соотношение неопределенности можно записать так:

?р?х = h где ?р и ?х – неточности (неопределенности) в значении импульса и координаты, а h=h/2? Записав ?р = mAv можно придать соотношению неопределенности иную форму:

?v?x = x/m

Если импульс частицы известен точно, то ?х = x/Q т.е. координаты совершенно неопределенны. В классической механике, где импульс и координаты вполне определены, соотношение выглядит так: ?р?х = 0. Чем ближе мы к этому предельному случаю, тем с большим правом можно применять законы классической механики. Для дробинки массой в 1 г такая неточность в макромире неощутима.

41. ДЕТЕРМИНИЗМ И ПРИЧИННОСТЬ В СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКЕ, ДИНАМИЧЕСКИЕ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ

Что общего между прыгающим по земле мячиком, лазером, планетной системой, бурлящим потоком воды в ручье, биологической популяцией? Общее в том, что все эти объекты могут рассматриваться как динамические системы. Абстрагируясь от конкретной физической природы объекта, о нем говорят как о динамической системе, если можно указать такой набор величин, называемых динамическими переменными и характеризующих состояние системы, что их значения в любой последующий момент времени получаются из исходного набора по определенному правилу. Это правило задает, как говорят, оператор эволюции системы.

Например, для прыгающего мячика оператор эволюции определяется законами движения в поле тяжести и удара мячика о поверхность. Мгновенное состояние задается двумя величинами – расстоянием от земли и скоростью. Геометрически оно изображается как точка на фазовой плоскости, где эти две величины отложены, соответственно, по оси абсцисс и ординат. Изменение состояния во времени, или, для краткости, динамика системы, отвечает движению изображающей точки по определенной кривой – фазовой траектории. Если состояние системы задается набором N величин, динамику можно представить как движение точки по траектории в N-мерном фазовом пространстве.

Выделяют два класса динамических систем – консервативные (к ним относятся, например, механические колебательные системы в отсутствие трения) и диссипативные. Для диссипативных систем характерно то, что режим динамики, возникающий в системе, предоставленной себе в течение длительного времени, становится не зависящим от начального состояния (по крайней мере при вариации начальных условий в некоторых конечных пределах). Множество точек в фазовом пространстве диссипативной системы, посещаемых в установившемся режиме, называется аттрактором. Простые примеры аттракторов – устойчивое состояние равновесия и предельный цикл, отвечающий режиму периодических автоколебаний (замкнутая фазовая траектория, на которую наматываются все близкие траектории).

Замечательным достижением теории динамических систем стало открытие хаотической динамики. Возникновение хаоса кажется на первый взгляд несовместимым с определением динамической системы, подразумевающим возможность однозначного предсказания конечного состояния по исходному. На самом деле противоречия нет. В хаотическом режиме сколь угодно малая неточность в задании начального состояния системы быстро нарастает во времени, так что предсказуемость становится недостижимой на достаточно больших интервалах времени. Такого рода режимы характеризуются нерегулярным, хаотическим изменением динамических переменных во времени. В фазовом пространстве диссипативных систем им отвечают странные аттракторы – сложно устроенные множества, демонстрирующие все более тонкую структуру на разных уровнях ее разрешения.

Первая линия развития, которая вела к представлениям о динамическом хаосе, связана с небесной механикой. Основоположниками классической механики принято считать И. Ньютона, Ж.Л. Лагранжа, П.С. Лапласа, У.Р. Гамильтона. Они сформировали представления о том, что мы сейчас называем гамильтоновой, или консервативной, динамической системой.

42. СОВРЕМЕННЫЕ НАУКИ О КОСМОСЕ

Интенсивные исследования около земного космического пространства и объектов – планет Солнечной системы с помощью автоматических и пилотируемых космических аппаратов во второй половине XX в. привели к возникновению целого ряда новых наук о космосе. Во-первых, это космическая биология, изучающая процессы прорастания семян растений, развитие растений в условиях невесомости и ограниченного пространства на борту пилотируемых космических аппаратов, а также автоматических космических станций. В последующие годы продолжались биологические исследования на пилотируемых орбитальных станциях.

Почти одновременно с космической биологией возникла и развивалась космическая медицина, которая была крайне необходимой при подготовке космонавтов на Земле, а также при полетах пилотируемых космических кораблей и станций. Космическая медицина проводила исследования в области функционирования сердечно-сосудистой системы, головного мозга, системы кроветворения, системы пищеварения у космонавтов в предпилотном режиме и затем во время полетов на орбитальных станциях.

С увеличением объемов и веса запускаемых космических аппаратов началось развитие космической астрономии. Астрономы получили возможность вести наблюдения в космосе с борта орбитальных станций, в том числе долговременных типа «Мир», а затем Международной космической станции. В результате астрономия получила много новых данных по «ближнему» и «дальнему» космосу. Астрономические наблюдения с космических аппаратов позволяют выявить на раннем этапе приближение крупных космических тел к Земле – метеоритов, астероидов, комет – и предупредить о возможном столкновении с ними, а это очень важно для обеспечения безопасности землян.

С началом космической эры, когда на Луне были проложены первые геологические маршруты, ученые-геологи получили много полезной и ценной информации. Для анализа и обобщения этой информации возникла необходимость в создании нового направления в геологической науке – космической геологии. Космические методы предоставили геологам богатейшие сведения, позволяющие в глобальном масштабе изучать строение земной поверхности, решать проблемы теоретической геологии и выявлять закономерности размещения полезных ископаемых.

Космическая геология способствует поиску минеральных богатств Земли. Она позволяет детально изучать труднодоступные районы земной поверхности.

Прогресс в развитии космической техники позволил вплотную подойти к изучению геологии отдельных планет Солнечной системы и выделить новую отрасль естествознания – сравнительную планетологию, т. е. научное направление, которое должно заниматься сравнительным анализом геологического строения планет и Земли.

Одновременно с космической геологией шло становление и развитие космической метеорологии, которая занималась исследованием атмосферы Земли, Венеры, Марса и других планет Солнечной системы и их спутников. По данным космических исследований с помощью АМС серии «Венера» установлен газовый состав венерианской атмосферы.

На основе этих исследований возникла космическая экология, которая стала изучать последствия антропогенного воздействия на «ближний» космос, т. е. околоземное пространство.

43. ПРОБЛЕМА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВСЕЛЕННОЙ

Во второй половине XX в. в результате космических исследований учеными было открыто космологическое реликтовое излучение, позволившее заглянуть в далекое прошлое нашей Вселенной. Еще раньше было обнаружено красное смещение, вызванное разбеганием галактик, составляющих Вселенную. Это открытие приводит к удивительному результату: примерно 20 млрд лет назад вся Вселенная была сосредоточена в очень маленькой области. Вселенная тогда представляла собой одну гигантскую «каплю» ядерной или даже сверхъядерной плотности. По каким-то причинам «капля» пришла в неустойчивое состояние и взорвалась. Последствия этого взрыва и наблюдаются сейчас как разлет системы галактик.

Космологическое значение фонового реликтового излучения ученые использовали в качестве самого главного ключа к разгадке возникновения Вселенной и пришли к теории, предложенной Г. А. Гамовымза десять лет до этого. Г.Аа. Гамовутверждал, что некоторые химические элементы были созданы в первые минуты Большого взрыва. И как следствие этого, повсюду должно было сохраниться первичное излучение. Вследствие космологического расширения оно должно было «охладиться» до температуры около 10 °К. Теория Гамова была предана забвению, когда астрофизики пришли к заключению, что элементы тяжелее гелия не могли синтезироваться в сколько-нибудь заметном количестве в ходе Большого взрыва. Однако стало очевидным, что Большой взрыв обеспечивает условия, в которых был вполне вероятен синтез гелия. Советские астрофизики А. Г. Дорошкевич и И. Д. Новиков в своей работе (появившейся за год до открытия Пензиаса и Вилсона в лаборатории фирмы «Белл телефон») теоретически обосновали, что первичное (фоновое) излучение может быть обнаружено в сантиметровом диапазоне длин волн, и отмечено, что это явилось бы доказательством «горячего» начала расширения Вселенной.

Если проследить историю Вселенной, то температура космического фонового излучения должна расти. Во все более ранние моменты времени излучение оказывается все горячее, а Вселенная – все более плотной (вплоть до того момента, когда могло возникнуть это излучение). Открытие космического фонового излучения рассматривается учеными как одно из самых успешных подтверждений теории Большого взрыва.

Расчеты, выполненные астрофизиками, свидетельствуют о том, что вскоре после начала расширения вещество Вселенной имело очень высокую температуру и состояло из элементарных частиц – нуклонов и их античастиц. По мере расширения изменялись не только температура и плотность вещества, но и состав входящих в него частиц, так как многие частицы и античастицы аннигилировали, порождая электромагнитные кванты излучения. Последних во Вселенной оказалось неизмеримо больше, чем атомов, из которых состоят звезды, планеты, диффузная материя. Согласно этой гипотезе, именуемой теорией «горячей» Вселенной, потребовалось всего лишь несколько минут, чтобы сверхплотное вещество превратилось в вещество с плотностью, близкой к плотности воды. Через несколько часов плотность стала сравнимой с плотностью нашего, земного воздуха, а сейчас, по истечении около 20 млрд лет, оценка средней плотности вещества во Вселенной приводит к значению порядка 10–28 кг/м3.

44. СТРУКТУРА ВСЕЛЕННОЙ

Космология изучает отдельные небесные тела, их системы, строение Вселенной в целом и происходящие в ней процессы. Основатель современной космологии А. А. Фридман сформулировал упрощенную математическую модель строения Вселенной, которая называется однородной и изотропной. Современные представления о крупномасштабной структуре Вселенной не противоречат такой модели. Структура и эволюция Вселенной наверняка гораздо сложнее упрощенных математических схем и моделей.

Исследования ученых показали, что Вселенная имеет крупномасштабную структуру. Она состоит из множества галактик – звездных систем. Причем галактики, подобно звездам, наблюдаются группами. Например, наша Галактика (в которую входит Солнечная система), Магеллановы Облака и еще около 20 небольших спутников нашей Галактики рассматриваются космологами как кратная система. Кратной оказалась и ближайшая к нам Туманность Андромеды, окруженная несколькими эллиптическими галактиками-спутниками. Наша Галактика и Туманность Андромеды входят в Местную группу – систему галактик, размеры которой достигают сотен тысяч парсек. Местная группа представляет собой сравнительно небольшую систему, так как существуют скопления, содержащие сотни и тысячи галактик. Ближайшее к Земле и Солнечной системе в целом скопление галактик находится в созвездии Девы и насчитывает сотни крупных галактик. Расстояние до него порядка 20 Мпк, это система диаметром более 6 Мпк. Крупные скопления галактик находятся в созвездиях Волосы Вероники, Северная Корона, Геркулес и др.

Данные внегалактической астрономии указывают на то, что, возможно, существует Местное сверхскопление галактик, насчитывающее примерно 10 тыс. галактик и имеющее диаметр около 50 Мпк. В его центре расположено скопление галактик в созвездии Девы. Открыто несколько десятков других сверхскоплений, причем два ближайших находятся от нас на расстоянии 100 Мпк.

Таким образом, Вселенной на самых разных уровнях присуща структурность: от ядер атомов до гигантских сверхскоплений галактик.

В конце 70-х гг. XX в. астрономы обнаружили, что галактики в сверхскоплениях не распределены равномерно, а сосредоточены вблизи границ ячеек, внутри которых галактик почти нет. Теоретики предвидели возможность такого распределения галактик, а потому открытие не было неожиданным. Следовательно, согласно современным представлениям для Вселенной характерна ячеистая структура, ее еще определяют как сетчатую или пористую, которую можно видеть на специально обработанных фотографиях участков звездного неба. Она также напоминает паутинную сетку.

Вся охваченная современными методами астрономических наблюдений часть Вселенной называется Метагалактикой, или нашей Вселенной. В Метагалактике пространство между галактиками заполнено чрезвычайно разреженным межгалактическим газом, существуют гравитационные и электромагнитные поля и невидимые массы вещества – не только обычного, но и, например, состоящего из нейтрино.

От наиболее удаленных метагалактических объектов свет идет до нас миллиарды лет. И все-таки нет оснований отождествлять Метагалактику со всей Вселенной. В принципе, возможно существование других, пока неизвестных нам метагалактик.

45. ЭВОЛЮЦИЯ И СТРОЕНИЕ ГАЛАКТИК

Эволюция галактик – процесс очень сложный. В начале галактики содержат много молодых массивных и ярких звезд, со временем от ранних эпох остаются лишь менее массивные и более долго живущие звезды. В результате молодые галактики, по-видимому, являются очень яркими, а затем постепенно с возрастом их яркость уменьшается. Поскольку далекие галактики ярче, чем ожидалось, видимые расстояния до них оказываются заниженными, что в свою очередь дает завышенную плотность галактик. Поэтому Вселенная кажется нам закрытой в большей степени, чем это есть на самом деле. Учет эффектов эволюции галактик повышает оценки расстояний, соответственно, понижая оценки плотности, и приводит к выводу о том, что Вселенная более открыта, чем можно было бы предположить.

Возможно, что самое яркие галактики в далеком прошлом были более тусклыми. Такая возможность вытекает из процесса «пожирания» галактик. Если галактики проглатывали своих более мелких соседей в огромном скоплении, то они должны были бы расти и с течением времени становиться более яркими. В таком случае наши оценки расстояний до далеких галактик оказались бы завышенными. Соответствующая поправка перетягивала бы чашу весов в сторону закрытой модели Вселенной.

Основной характеристикой определенного этапа эволюции галактик является частота звездообразования, а также возраст звезд, их составляющих.

Галактики по своему строению, как показали многочисленные исследования последних десятилетий, имеют сложную структуру и разновидности. Во Вселенной имеется большое число галактик, подобно нашей Галактике, в которую входит Солнечная система. В частности, исследованы спиральные галактики, обладающие дисковой подсистемой со спиральным узором. Ближайшей к Солнечной системе гигантской спиральной галактикой является Туманность Андромеды. Кроме спиральных существуют эллиплитические галактики, по своему строению и звездному скоплению подобные сферической подсистеме нашей Галактики. В них практически нет газопылевого вещества и молодых ярких звезд. Очень часто эллиптические галактики, особенно самые массивные, имеют плотные ядра, которые по своим проявлениям обычно больше и активнее ядер спиральных галактик.

Еще один тип галактик – неправильные. Их массы и светимости в десятки раз меньше, чем у Галактики. Звездный состав их подобен скоплениям в дисках спиральных галактик. Но эти звезды, а также значительные массы газопылевого вещества не образуют регулярной структуры и не обладают выраженным общим вращением. Кроме ярких молодых звезд, в неправильных галактиках имеются еще и звезды старые, менее яркие, подобные звездам сферической подсистемы Галактики, также образующие общий сферический состав. Перечисленные три типа галактик были впервые обнаружены и изучены Э. Хабблом и другими астрономами в 20-30-е гг. XX в. В последние десятилетия стали известны также галактики иных типов, не всегда укладывающиеся в первоначальную классификацию. Это относится в первую очередь к галактикам с активными ядрами и значительным радиоизлучением. В них звездная составляющая не обнаруживается; она либо вообще отсутствует, либо, что более вероятно, имеется, но незаметна на фоне огромной светимости плотного ядра.

46. ЭВОЛЮЦИЯ ЗВЕЗД

Звезды возникали в ходе эволюции галактик.

Большинство астрономов считают, что это происходило в результате сгущения (конденсации) облаков диффузной материи, которые постепенно формировались внутри галактик. Одна из исходных предпосылок такой гипотезы состоит в том, что, как показывают инструментальные многочисленные наблюдения, «молодые» звезды всегда тесно связаны с газом и пылью. Эти звезды и диффузная материя концентрируются в спиральных ветвях галактик. Местами наиболее интенсивного звездообразования считаются массы холодного межзвездного вещества, которые называются газово-пылевыми комплексами. Наиболее изученный газово-пылевой комплекс нашей Галактики находиться в созвездии Ориона. Силы тяготения сжимают холодное газово-пылевое облако, при этом оно принимает шарообразную форму. Далее в процессе сжатия возрастает плотность и температура облака. В результате сжатия возникает будущая рождающаяся звезда (протозвезда), которая дает излучение в инфракрасном диапазоне, и поэтому рождающиеся молодые звезды обнаруживаются с помощью инструментальных наблюдений среди многочисленных источников инфракрасного излучения. Одно из основных отличий протозвезды от звезды заключается в том, что в ней еще не происходят термоядерные реакции, т. е. в ней нет основного источника энергии обычных звезд.

Термоядерные реакции начинаются, когда в процессе сжатия протозвезды температура в ее недрах станет порядка 107 К. С этого времени стадия сжатия звезды прекращается: сила внутреннего давления газа теперь уже может уравновесить силу тяготения внешних частей звезды. Стадия сжатия звезд, массы которых значительно больше массы Солнца, продолжается всего лишь сотни тысяч лет, а звезды, массы которых меньше солнечной, сжимаются сотни миллионов лет. Стадию сжатия сменяет стационарная стадия, сопровождающаяся постоянным «выгоранием» водорода. В стационарной стадии звезда находится большую часть своего существования. Таких звезд во Вселенной больше всего. Время пребывания звезды на главной последовательности пропорционально массе звезды, так как от этого зависит запас ядерного горючего, и обратно пропорционально светимости, которая определяет темп расхода ядерного горючего. А поскольку светимость звезды пропорциональна примерно четвертой степени ее массы, то массивные звезды эволюционируют быстрее. Они находятся в стационарной стадии только несколько миллионов лет, а звезды, подобные Солнцу, – миллиарды лет. Когда весь водород в центральной области звезды превратится в гелий, внутри звезды образуется гелиевое ядро. Теперь уже водород превращается в гелий не в центре звезды, а в слое, прилегающем к очень горячему гелиевому ядру. Пока внутри гелиевого ядра нет источников энергии, оно будет постепенно сжиматься и при этом еще более разогреваться. Когда температура внутри звезды превысит 1,5 X 107°К, гелий начнет превращаться в углерод с последующим образованием все более тяжелых элементов. Как показывают расчеты, светимость и размеры звезд будут возрастать. В результате обычная звезда постепенно превращается в красного гиганта, или сверхгиганта.

47. СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА

Проблема происхождения планет Солнечной системы в частности и вообще в космическом пространстве очень сложная и еще не совсем решенная на данном этапе времени.

Сегодня существуют следующие наиболее важные выводы планетной космогонии:

– планеты нашей системы сформировались в результате объединения твердых, холодных тел и частиц, входивших в состав туманности, которая когда-то окружала Солнце;

– формирование планет происходило под воздействием различных физических процессов. Следствием механических процессов стало сжатие – уплощение вращающейся туманности, ее удаление от «протосолнца», столкновение частиц, их укрупнение;

– спутники планет, в том числе и Луна, возникли из роя частиц, окружавших планеты, т. е. в конечном итоге тоже из вещества протопланетной туманности.

Таким образом, основная идея современной планетной космогонии сводится к тому, что планеты и их спутники образовались из холодных твердых тел и частиц.

По своим физическим характеристикам планеты Солнечной системы делятся на две группы – планеты земной группы и планеты-гиганты. Планеты земной группы Меркурий, Венера, Земля, Марс имеют небольшие размеры и массы, средняя плотность этих планет в несколько раз превосходит плотность воды; они медленно вращаются вокруг своих осей; у них мало спутников. У Марса два крохотных спутника, у Земли – один, а у Венеры и Меркурия их вообще нет. Сходство планет земной группы не исключает и значительного различия. Например, Венера в отличие от других планет вращается в направлении, обратном ее движению вокруг Солнца. Период обращения Меркурия, т. е. год этой планеты, только на 1/3 больше периода его вращения вокруг оси по отношению к звездам. Углы наклона осей к плоскости их орбит у Земли и у Марса примерно одинаковы, но совсем иные у Меркурия и Венеры. А это одна из причин, определяющая характер смены времени года. Такие же, как у Земли, времена года есть на Марсе, но каждое время года почти в два раза продолжительнее, чем на Земле. По ряду физических характеристик к планетам земной группы относится и далекий Плутон – самая маленькая из 9 планет.

В состав солнечной системы входят планеты-гиганты; Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Все эти планеты и особенно Юпитер, имеют большие размеры и массы. Например, по объему Юпитер превосходит Землю почти в 1320 раз, а по массе – в 318 раз. Эти планеты имеют низкую среднюю плотность, причем наименьшая она у Сатурна – 0,7 X 103кг/м3. Планеты-гиганты очень быстро вращаются вокруг своей оси. Планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, и независимо от характера смены времени года на них всегда низкая температура. На Юпитере вообще нет смены времени года, поскольку ось этой планеты отличается наличием большого числа спутников: у Юпитера – 39, Сатурна – 30, Урана – 21 и только у Нептуна – 8. Имеется значительная особенность планет-гигантов – наличие колец, которые открыты не только у Сатурна, но и у Юпитера, Урана, Нептуна. Эти планеты не имеют твердых поверхностей. Они состоят в основном из водорода и гелия. Различия по химическому составу планет-гигантов от планет земной группы связаны с процессом образования планетной системы вокруг Солнца.

48. АНТРОПНЫЙ ПРИНЦИП В СОВРЕМЕННОЙ КОСМОЛОГИИ

Современная космология формулирует и обосновывает три принципа функционирования Вселенной и ее подсистем. Первый принцип – антропный (антропогенный). Антропный принцип утверждает, что мы живем не просто в наилучшей, а в единственно возможной для жизни Вселенной. Причем жизнь невозможна на уровне элементарных частиц, для ее возникновения нужны более сложные структуры – атомы, молекулы, планеты. Но для того чтобы существовал хотя бы простейший атом – атом водорода, необходимо, чтобы масса электрона была меньше, чем разность масс нейтрона и протона. Подобных соотношений в окружающем человека мире существует множество. Все это происходило в процессе эволюции материи и Вселенной. На определенном этапе эволюции материи при появлении подходящих условий во Вселенной возникает жизнь. Ее возникновение, существование и развитие обусловлены рядом свойств Вселенной, выражающихся в константах, характеризующих гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия. Ученые считают, что при значениях этих констант, например гравитационной постоянной, отличающихся от наблюдаемых, жизнь во Вселенной просто бы не могла существовать. Ясно, что жизнь не могла возникнуть и на ранних стадиях расширения Метагалактики. Но именно в первые минуты расширения при температурах более 109"К вещество уже имело «стандартный химический состав». Если бы состав вещества был иным, то трудно сказать, какой стала бы дальнейшая химическая эволюция вещества Метагалактики. Образовавшиеся в поздних стадиях расширения Метагалактики звезды оказались не только источниками энергии, но и теми объектами Вселенной, в недрах которых синтезировались необходимые для возникновения жизни химические элементы. Для существования жизни небезразлично и то, что Метагалактика расширяется. Если бы по каким-либо причинам несколько миллиардов лет назад началось сжатие Метагалактики, то постепенное повышение температуры превысило бы значение, при котором возможно существование жизни.

Человечество живет на небольшой планете, движущейся вокруг одной из бесчисленного множества звезд Вселенной. Во Вселенной, как считают большинство современных астрономов и философов, возможно существование множества миров, в которых обитают цивилизации, аналогичные человеческой.

В настоящее время ученые ведут поиск внеземных цивилизаций с помощью мощного радиотелескопа, излучающего радиосигналы на определенных частотах.

Предположения ученых о существовании других цивилизаций во Вселенной опираются на имеющийся в наличии огромный банк исследовательских данных, полученных в результате массы наблюдений (наземных и с помощью космических аппаратов).

Эти данные дают основание ученым утверждать, что:

– в Метагалактике есть огромное число звезд, похожих на наше Солнце;

– планеты согласно современным данным должны существовать не только у нашего Солнца, но и других звезд;

– планетные системы есть, возможно, даже у некоторых из немногих ближайших к Солнцу звезд;

– жизнь на Земле появилась в результате сложной и длительной эволюции неживой материи. При соответствующих условиях жизнь могла возникнуть и на планетах других звезд.