Анаксагор Кэнз - Гравитация. Миф или реальность

АНАКСАГОР КЭНЗ

ГРАВИТАЦИЯ: МИФ ИЛИ РЕАЛЬНОСТЬ [1]

1     2

Природа боится не только пустоты, но и боится потерять равновесие

мудрая мысль

Аннотация. О действии силы тяготения знают все. Тяготение удерживает нас на поверхности планеты, Луну на околоземной орбите, саму Землю - при вращении вокруг Солнца, а Солнце - на орбите в Галактике и т.д. Ничтожно слабая в микромире гравитационная сила становится преобладающей при взаимодействии больших масс. Она действует без устали и постоянно, вездесуща, и ничто не может "скрыться" от ее опеки. А сама просто сущая невидимка: ни цвета тебе, ни запаха... Так, что же такое тяготение, и что же оно собой представляет? Как ни странно звучит, по мнению автора, как самостоятельная сила гравитация в природе не существует. Она является лишь вторичным эффектом от взаимодействия заряженных тел. При взаимодействии заряженных тел, из-за наличия массы, у них возникает инертность, и общий центр масс, который начинает играть роль притягивающей сущности. Но на самом деле центр масс никого не притягивает, он не есть сила. Он просто центр механического равновесия данной системы. Тела, потерявшие свою кинетическую энергию движения ниже некоего предела, сами падают в центр масс. Таким образом, в центре масс происходит сгущение (сбор) вещества. Очевидно, что это только часть некоего более объемного процесса, который нами целиком не охватывается. Мы фиксируем только вращение и падение вещества, не пытаясь охватить этот процесс целиком. А при охвате этого процесса целиком, то вывод оказывается довольно банальным: это - процесс конденсации и фазового перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое. Только этот процесс идет на очень больших космических масштабах, и с участием больших тел, и выглядит для нас чуть-чуть иначе, чем процесс конденсации, скажем, паров воды. Но тем не менее, это одно и то же. Вся разница только в том, что если при конденсации паров воды образуются капельки воды (или град), то при конденсации вещества на больших масштабах образуются планеты, звезды, квазары. Тут работает принцип относительности масштабов: они маленькие (молекулы, капли, град) мы большие, они большие (планеты, звезды, квазары) мы маленькие. Только и всего. Таким образом, можно сказать, что мы называем гравитацией, является лишь частью более объемного процесса - процесса конденсации и фазового перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое. Введение. Много было попыток объяснить природу тяготения. Еще XVII в. шли жаркие споры о том, является ли гравитация следствием внешних воздействий или это внутреннее свойство самих тел? Притягиваются ли тела, разнесенные в пространстве, непосредственно или же их движение объясняется ударами неких мелких частиц? Многим (Р.Декарт, Х.Гюйгенс и др.) мысль о непосредственном притяжение была совершенно неприемлимой, и они считали, что движение больших тел могут вызвать только действие мельчайших невидимых частиц. Эта точка зрения получила дальнейшее развитие позже, в XVIII в. и известна под названием "экранной теории" (М.Ломоносов, Лесаж, в XIX в. В.Томпсон). По этой теории все мировое пространство заполнено мельчайшими частицами хаотично движущиеся с большими скоростями во всех направлениях. Одиночные тела бомбардируются частицами со всех сторон одинаково. Два тела являются экранами для частиц, и между ними плотность частиц оказывается меньше, чем "снаружи". В результате создается разница давлений: "изнутри" – меньше, "снаружи"- больше, и тела "толкаются" в направлении друг к другу, создавая эффект притяжения. Хотя на первый взгляд эта теория была проста и наглядна, но содержала в себе много противоречий, и это привело впоследствии к отказу от такой модели. Были и иные предположения. В то время широкое распространение получило мнение о Земле как о большом магните. Поэтому неудивительны попытки трактовать тяготение исходя из "магнитных" соображений. Так, П.Гассенди объяснял гравитацию и магнетизм некими потоками неуловимых частиц, которые выходят из Земли и тянут тела внутрь, к их источникам. И.Кеплер придерживался точки зрения, что Солнце испускает "магнитные нити" и таким образом заставляет планет вращаться вокруг Солнца. Но магнитные модели не выдержали проверку. Они не могли корректно объяснить ни эллиптические орбиты планет, ни другие наблюдательные данные известные в то время. Это отчасти, в количественно-описательном плане, удалось английскому ученому И.Ньютону. Существует легенда, что увидев в саду падающее яблоко, И.Ньютону пришла в голову хорошая мысль: не заставляет ли одна и та же сила, и падать яблоко и вращаться Луну вокруг Земли. Заинтересовавшись проблемой тяготения он вскоре установил, что на тело движущееся по окружности действует постоянное ускорение, вызванное постоянной силой направленной к центру окружности. Движущееся тело все время "падало" на центр, но из-за "боковой" скорости не приближалось и не удалялось от него. Используя законы И.Кеплера, ему удалось установить, что сила удерживающая планет на орбите, уменьшается в зависимости обратно пропорционально квадрату расстояния. И он решил проверить не та ли это сила которая управляет и падением яблока и движением Луны. Получив численные значения он окончательно убедился, что причины движения Луны и всех тел падающих на Землю одна и та же. Которая впоследствии стала называться законом всемирного тяготения (F = GMm/R²). Открытый И.Ньютоном закон хорошо описывал природные явления. Но это была пока лишь количественная сторона тяготения. Он сам писал: " До сих пор я изъяснял небесные явления и приливы наших морей на основании силы тяготения, но я не указывал причины самого тяготения... Причину же этих свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю". Ни во время И.Ньютона, ни после, приоткрыть тайну тяготения не удавалось. В начале XX в. появилась теория относительности (ТО) А.Эйнштейна. В которой, тяготение рассматривается как особенность геометрии пространства-времени. В зависимости от массы вещества, происходит искривление пространства-времени, и движение тел по такому пространству, выглядит как проявление гравитации. По большому счету, в теории относительности нет как таковой силы тяготения. Все сводится к геометрии пространства. Хотя не совсем понятно, что это такое. Несмотря на немалые успехи в математическом (количественном) описании природных явлений, теории относительности тоже не удалось "распечатать" природу тяготения. И сегодня, спустя более 300 лет, после открытия закона всемирного тяготения нет ответа на вопрос, что такое тяготение. Некоторые ищут ответы в далеком космосе, проникая все дальше и дальше вглубь космоса, некоторые ищут ответа в микромире, "вгрызаясь" все вглубь материи, "разбирая" и "выкидывая наверх" все новые и новые частицы. Но....увы.. Продвижений в понимании сущности гравитации пока не видно. Здесь я тоже не удержался от искушения попробовать "на зуб" гравитацию и изложить свое предположение. Изложение направлено именно на качественную сторону вопроса гравитации, и попытки понять, что это такое и как она возникает. Мой подход довольно прост, и в то же время довольно… необычен. Но сперва о некоторых положениях, которыми руководствовался при подходе к этому вопросу. Первое. Принцип относительности масштабов. Наш мир устроен иерархично, нечто вроде матрешки. Из микрочастиц образуются атомы, из них - молекулы, из молекул (и атомов) - привычные нам вещи: камни, деревья, горы. Они же образуют и планет, звезд. Планеты, звезды в свою очередь, объединяются в различные системы: группы, ассоциации, скопления, галактики и т.д. По размеру природные объекты различаются тоже довольно сильно. Если атомы и молекулы имеют размеры порядка 10^-10 - 10^-6 м, то вещи нашего масштаба имеют размер порядка 10^-2 – 10²м. Планеты, звезды имеют размеры 10⁷ - 10¹⁰ м. Их объединения, скопления, галактики имеют размер 10¹³ - 10²⁰ м. А сама Вселенная на сегодня нами воспринимается как некая сфера радиусом 10²⁶ м. Как видим, есть колоссальная разница в размерах природных объектов. Разница между микромиром (атомы, молекулы) и макромиром (звезды, галактики и т.д.), примерно, 10³⁷ - 10⁴⁰ раз. А мы находимся, как бы, посередине этой пространственной шкалы. Это возникает из-за того, что мы свой масштаб принимаем за точку отсчета, и от своей "колокольни" оцениваем весь окружающий мир. Что гораздо меньше нас отводим микромиру, а что гораздо больше нас – к макромиру. Это деление весьма условно, и весьма субъективно. В действительности же во Вселенной нет выделенных масштабных уровней организации вещества, любую из них можно взять за точку отсчета, и оттуда взглянуть на окружающий мир. Если бы, например, звезды со своих масштабов оценили мир, то каждый из нас, выглядел бы для них как объект микромира, "микроб" размером не более 10^-10 м (в масштабах звезд). И наоборот, если бы какая-нибудь молекула оценивала бы мир со своей "колокольни", то мы (каждый из нас) выглядел бы для нее как нечто чрезвычайно гигантское. В ее масштабах мы бы были с размером примерно 10⁶ - 10⁸ м. То есть, как планеты для нас. Вот это и есть относительность масштабов. Все зависит от размеров самого наблюдателя, от размеров самого "оценщика". Мир, которого "видит" звезда, не совсем такой, какой видим мы. Также, мир с точки зрения молекулы будет несколько иной, чем для нас и для звезд. Такому масштабированию, в зависимости от размеров наблюдателя, подчиняются не только размеры природных объектов, но и все взаимодействия, которые есть в природе. И целые явления, и процессы, и их динамика. Что быстро в одном масштабе, будет медленным в другом. Например, пуля летящая 800 м/сек, для нас будет очень быстрым, мы даже не видим ее перемещения. Но эта же пуля с точки зрения, скажем, электрона, будет сверхгигантским и навечно застывшим объектом. Вращающейся спиральная галактика нам кажется застывшей, но если вы «увеличите» себя намного больше этой галактики, то она вам покажется, небольшой, довольно быстровращающейся вихреподобной структурой. Нечто вроде буруна на воде, или на явление нечто похожее, когда вы смешиваете ложечкой кофе Еще один пример. Допустим, вы нагрели металлический шарик, и он остывает. Здесь вы смотрите на это извне, со стороны. Но когда этот же процесс происходит в макромасштабе с участием больших тел, скажем Земли, это вами воспринимается по другому. Здесь вы смотрите на этот процесс как бы изнутри, и сами находитесь в гуще событий. Соответственно, остывание Земли для вас будет выглядит по иному, чем остывание шарика. Остывание Земли вами будет восприниматься как глобальное изменение климата, сопровождающиеся холодами, снегопадами, буранами и т.д. Хотя, по сути, это одно и то же явление. Одним словом, что кажется большим, медленным, разреженным и слабым на одном масштабе, могут выглядит маленьким, быстрым, плотным и сильным в другом масштабе, и наоборот. Таким же образом, масштабируются и процессы. Одни и те же явления, и процессы, могут выглядит и восприниматься наблюдателем по разному на разных масштабах, в зависимости от масштабов самого наблюдателя. Второе. Любой объект нашего мира состоит из заряженных частиц, «собран» из них. Каждая частица, кроме заряда (поверхностная энергия тела) имеет и массу (количество вещества в определенном объеме). Короче говоря, каждая частица вещества является одновременно и носителем заряда, и имеет массу. Их невозможно отделить. Большие тела, состоящие из таких же частиц, естественно тоже будут иметь и заряд, и массу. Только при «сборки» больших тел, общий заряд как бы постепенно идет на убыль, а масса возрастает (ядра – атомы – молекулы – планеты – звезды и т.д.). Парадокс? Вообще нет. Просто при «сборки», сила зарядов тратиться на скрепление, и на взаимосвязи с друг другом, превращаясь, таким образом, во внутреннюю энергию связи новообразованного тела. Вдобавок еще, при увеличении размера объектов, заряд (поверхностная энергия тела) растет по R², т.е., по площади поверхности, а масса - по R³, т.е., по объему. Поэтому масса тела растет намного быстрее, чем его заряд. А снаружи новообразованного тела всегда остается некоторый остаток не скомпенсированных зарядов, которые будут являться источником электромагнитных полей, и через которые тело будет взаимодействовать с другими телами. Таким образом, любое тело это единый объект, имеющий и заряд, и массу. "Чистых" зарядов без носителя, а также "чистой" массы без заряда в природе не бывает. Они неразрывно связаны между собой, и представляют лишь разные грани конкретного объекта. Поэтому нельзя отделить заряд от массы, и наоборот. Что может привести к различным путаницам. Например, яркий пример тому, тяготение Ньютона (механика) и закон Кулона (электростатика, электродинамика). F = GMm/R², и F = KQq/R² где, G-гравитационная постоянная, M и m - массы объектов, K - коэффициент пропорциональности в законе Кулона, Q и q - заряды объектов, R - расстояние между центрами объектов. Эти формулы похожи не только внешне, но и по сути описывают одно и тоже, и одни те же объекты (или явление), но с разных сторон: электродинамика описывает только через заряд (поверхностная энергия), полностью "забывая" массу (вещество), а тяготение Ньютона, наоборот, в упор "не видит" заряд, "видит" только массу. В обоих подходах делается вид, как будто в природе существуют "чистый" заряд, и "чистая" масса. И в результате такого искусственно-раздельного подхода, "чистые" массы в тяготении Ньютона начинают взаимодействовать бог знает через чего, и это представляется как нечто особое - гравитация. Тогда как на самом деле, не "чистые" массы взаимодействуют, а сгустки вещества (массы) взаимодействуют через их нескомпенсированные заряды (поверхностные энергии), а значит, и по сути, тела взаимодействуют через электромагнитные силы. Такие взаимосвязанные тела находятся (и двигаются) в общем для них электромагнитном поле. И вследствие такого "сцепления", наличие массы тел приводят к появлению вторичных, механических эффектов. Массы тут проявляют инертные свойства (сопротивление изменению положения), и выступают мерой инертности: чем больше масса, тем больше инертность. Инертность тел возникает в отношении друг друга, и они сразу же "чувствуют", кто из них "тяжеловес", а кто не очень... Такая взаимная инертность, порождает в системе общий центр масс, и тяжесть (mg), которая проявляется не в отношении друг другу взаимодействующих тел, а в отношении к центру масс. Хотя все эти эффекты происходят на фоне электромагнитных полей, являются заслугой масс, и поэтому они пропорциональны массам тел. Что и отражается в формулах тяготения Ньютона (F=GMm/R², F=mg). Третье. Наверное, самое главное. В природе существует своего рода некая фундаментальная закономерность, которую кратко можно сформулировать так: в природе есть лишь один вид состояния, которому природа стремится всегда и во всем - равновесие (симметрия). Отклонение от этого положения приводит к асимметрии (неравновесие), что является источником энергии и движения и дает природным процессам определенную направленность в сторону установления равновесия. Иными словами, в природе процессы никогда не пойдут в направлении самопроизвольного нарушения равновесного состояния. Самопроизвольно процессы идут только в сторону установления равновесия. Тепло самопроизвольно передается только от горячего к холодному, жидкость и газ движется только в сторону меньшего давления, свет от сферического источника излучается равномерно во все стороны и т.д. Это стержень всего подхода для изучения окружающего мира. При таком подходе становится более понятным: сущность энергии - это самопроизвольно возникающая движущая сила, направленная в сторону установления равновесия; это же порождает природных "сил" (они по сути являются лишь следствиями) - ядерных (сильных и слабых), электромагнитных, гравитационных; это же объясняет необратимость процессов в природе со всеми вытекающими отсюда последствиями. Если попробовать классифицировать этих равновесий какие же они бывают в природе, то в основном все сводятся к механическому и зарядовому (+,-),(ядерные силы пока оставим в стороне). Все остальные виды (подвиды?) (давление, теплота, химический потенциал, электрический потенциал и др.) оказываются просто модификациями от этих двух. При нарушении вышеназванных равновесий самопроизвольно возникает движущая сила, которую мы называем энергией, направленная в сторону равновесия. Это дает природным процессам определенную направленность - от неравновесности к равновесию. Это лежит в основе всех движений в природе. Само движение (кинетическая энергия) самопроизвольно всегда направлено в сторону уменьшения асимметрии (потенциальной энергии, неравновесности). Когда материя (вещество) достигнет равновесного состояния, то в нем уже не будет энергии, а значит и движения. Потенциальные и кинетические энергии превратятся в нуль. Но это в идеале. В реальной природе происходит чуть иначе. Есть только стремление к такому состоянию, но скорее всего, никогда не достигается. Поэтому в дальнейшем будем применять понятие относительного равновесия. Это когда какая либо система находится в относительном равновесии как внутри себя так и с окружающий ее средой. Такое положение является наиболее устойчивым, и любая система стремится к такому состоянию (минимизация энергетического состояния). Все зависит, как и насколько быстро система реагирует на изменения внешней среды: время релаксации системы должно быть меньше, чем скорости внешних изменений. В противном случае, если система не сумеет вовремя релаксировать и найти точки оптимума с окружающей средой, то такая система просто перестает быть (быть или не быть вот в чем вопрос). По сути это означает о выживаемости данной системы как обособленного объекта, в данных конкретных условиях. Внешняя среда таким образом проводит некий естественный отбор в более широком смысле этого слова, которая охватывает буквально все и вся. Поэтому, видимо, естественный отбор - один из фундаментальных закономерностей природы, который не ограничивается только биологическими объектами. Это касается всех без исключения обособленных систем: начиная от частичек микромира и кончая, возможно, самой Вселенной. В данной момент мы видим гигантское разнообразие систем: планеты, звезды, галактики и т.д. Знаем о существование таких же обособленных систем в микромире: элементарные частицы, атомы, молекулы. Наблюдаем повсюду движение всего и вся. Это говорит, что наша Вселенная далека от внутреннего равновесия. Все эти движения направлены в сторону достижения равновесия в большом (если речь идет крупных масштабах, планеты, звезды, галактики и др.) и в малом (если речь идет о микромире). Иными словами, независимо от масштаба процессов все они направлены в сторону достижения равновесного состояния. Это и порождает движение в природе. Источником могут быть асимметричность электромагнитных полей, разная инертность тел при взаимодействиях, неравновесность различных термодинамических параметров: температуры, давления, концентрации веществ и т.д. Гравитация: миф или реальность. После такого, скажем так, понятийного характера выступления в дальнейшем разговор пойдет об одном из видов равновесий - механическом. Подход остаются прежним: от неравновесности к равновесию. Мы в любом шагу, ежеминутно, ежесекундно сталкиваемся с этим явлением в повседневной жизни. Малые дети прежде чем делать первые шаги, сами не понимая, учатся в первую очередь стоять, сохранять равновесие. Потом - это же самое при ходьбе. Постоянные тренировки не пропадают даром, и сохранение равновесия доводится до автоматизма. Потом человек об этом даже и не задумывается. Кажется все это так естественно и просто. Пока не залезет на забор, или же как циркач не попытается пройтись по протянутой проволке. Тут то и дает о себе знать равновесие. Равновесные точки любого тела нами определяется довольно легко, стоит только взять в руки и "взвесить". Можно определить точку равновесия спичечной коробки, шара, или кирпича. При некоторой тренировки, можно даже определить точек равновесия одной спички, монеты, или же еще более мелких предметов. Если при таких опытах попытаемся уловить какие-то особенности точек равновесия, оказывается, что это не так-то просто. Разве что можно сказать: весьма подвижна, невидима, но нами хорошо чувствуется (обратите внимание, чувствуется, но невидима). Рассмотрим такой пример. Например, у вас на руках некий металлический стержень. У него есть центр механического равновесия, которое можно легко определить. Если сейчас на один конец стержня прилепите небольшой магнит, то центр равновесия сместиться в другое место, ближе к магниту. Если прилепите магнит побольше (или, же добавите, к первому), то центр масс конструкции, вплотную приблизиться к магнитам. А если масса магнита окажется еще больше, то центр масс окажется внутри магнита. Т.е. получается, массивная сторона как бы "перетягивает" центр масс к себе. Это очень важный момент, и его нужно хорошенько запомнить Можно вместо магнитов взять какие-нибудь другие предметы, например, привязать чем-нибудь (веревкой) кусок дерева, или любые предметы разной массы. Результат будет тот же. То есть, природа центра механического равновесия не зависит от того, каким образом он образован. Зависит в данном случае только от пространственного распределения масс. В этом примере стержень "создан" электромагнитными силами, но его центр равновесия как видим, не имеет электромагнитную природу, он чисто механический и напрямую связан суммарной массой и пространственным распределением молекул составляющих стержень. Добавление дополнительной массы к этой системы приведет к смещению точки равновесия. Каким образом добавляется масса, не имеет значения. Этот пример своего рода более простой и статический. А вот другой пример, более сложный - динамический. При катании на велосипеде, приходится заново учиться сохранять равновесие, но уже вместе с велосипедом. Ибо вашей массе еще прибавилась масса велосипеда, и у вас с ним появился общий центр масс. После некоторой тренировки вы начинаете "чувствовать" велосипед, вернее, чувствуете общий центр масс. Но этого мало. Если велосипед стоит на месте все "норовится" упасть. Если скорость слишком мала то же самое. Почему? Незримая точка равновесия оказывается в неустойчивом положении по отношении к Земному тяготению, и он не может сохранить вертикальное положение. В данном случае, чем ниже точка равновесия, тем устойчивее система. Поэтому лежащий велосипед более устойчив. Но оказывается, бывают и иные устойчивые положения. Это зависит от скорости движения. Чтобы велосипед мог держаться в вертикальном положении скорость у него должна быть выше некоторой критической величины. Только тогда невзирая на казалось бы "нехорошего" (высокого) расположения точки равновесия, велосипед может сохранить динамическое равновесие и держаться "на колесах". Устойчивость в данном случае зависит от скорости поступательного движения: чем выше скорость, тем устойчивее велосипед. Иначе, неизбежно падение. Еще более интересен пример поведения пружинного маятника. Если его растянуть и отпустить, то он будет колебаться возле точки равновесия. Амплитуда колебаний постепенно будет уменьшаться и маятник рано или поздно остановится, вернувшись в положение равновесия. Еще более близок к рассматриваемой теме следующий пример. Возьмем неглубокое блюдце с малой внутренней кривизной поверхности. По его внутреннему краю запустим небольшой шарик. Если нет начальной боковой скорости, то шарик будет себя вести так же как пружинный маятник. Поколебавшись некоторое время по затухающей амплитуде через дно блюдца вскоре он остановится, и застынет в центре. Это устойчивое, равновесное положение шарика в данных условиях. Если же вначале подтолкнув, шарику дадим некоторую начальную боковую скорость, то шарик будет некоторое время вращаться по кругу внутри блюдца. Постепенно его амплитуда будет затухать, и он по спирали будет приближаться к центру. Пока не скатиться на дно (центр) блюдца и не застынет. В обоих случаях, несмотря на различные начальные условия (в первом - нет начальной боковой скорости, во втором - есть), конечные состояния одинаковы - равновесное положение. Траектория шарика в первом случае будет линия (колеблется по некоей линии через центр), а во втором - спираль. Во втором случае, время падения шарика на дно блюдца и остановка, будет зависит от скорости движения. Чем выше будет скорость движения по "орбите", тем дольше времени он будет "держаться" на "орбите". Если же по "орбите" скорость движения будет постоянной, то шарик не упадет в центр, так и будет вращаться по окружности. Здесь, несмотря на казалось бы далекие явления, просматривается аналогия с велосипедом. Чтобы не упал велосипед, у него скорость движения должна быть выше некоторой критической величины. С шариком, вращающимся по внутреннему краю блюдца, та же ситуация. Только при достаточной скорости движения по "орбите" он не упадет в центр блюдца. Все это вышеприведенные примеры: и падающий велосипед, и пружинные маятники, и стержень со своей точкой равновесия, и блюдце с шариком, привычные нам вещи, и особого внимания не привлекают. А, зря... Все они ведь говорят, о наличие в природе некоей универсальной закономерности - стремление к равновесии. Если это так, то тогда, вполне уместно предположить, что такие явления происходят не только на наших масштабах, но и на... больших масштабах. В смысле, космических масштабов. Где участниками и фигурантами являются не кирпичи, велосипеды и шарики, а планеты, звезды, квазары, и т.д. Одним словом, если все, все имеют нечто похожее на механическое равновесие, то почему бы, не может быть то же самое у масштабных тел, планет, звезд, галактик, квазаров? Они ведь там тоже в большинстве случаев находятся во взаимосвязанном состоянии и влияют друг на друга. Если это так, то у них должен возникать общий центр масс, и они должны вести себя точно так же, как вещи нашего масштаба. Наш мир един, и навряд ли природа "придумала" для масштабных тел другие законы и другие закономерности, чем в малых масштабах. В это верится с трудом. Скорее всего, и явления и закономерности едины, только мы до конца это еще не выявили. Посмотрим, что же там "наверху" происходит. Но сперва, давайте, посмотрим еще один пример. Однажды один товарищ мне показал интересную вещь: скрепив две вилки зубцами, вставил туда еще и спичку и… "повесил" эту конструкцию на краешек стола. Самое интересное, спичка висела горизонтально едва зацепившись самым кончиком уголка стола, и вилки растопырившись, расположились горизонтально в воздухе и не думали падать. Их на этом кончике спички можно было "повесить" куда угодно: на кончик пальца, на краешек бутылки и т.д. Это происходит потому, что общий центр масс (точка равновесия) вилок находится между ними и в… "пустом" месте, где находится тот самый кончик спички. Тогда меня это очень забавляло. Вот, и не думал и не гадал, что это мне когда-нибудь пригодится. Если сейчас обратить взоры на крупномасштабные небесные тела, планеты, звезды и т.д. то там происходит почти примерно то же самое. Только там нет этой видимой спички соединяющий центр равновесия и объектов. Но этот центр существует, просто он невидим. Первым условием возникновения этого центра является установление более-менее прочной связи между объектами. Это осуществляется с помощью электромагнитных сил, они скрепляют их в единую систему. И как только вступают космические тела в такое связанное состояние, то сразу у них возникает общий центр масс, центр равновесия. Представим себе, что два небесных тела приблизились на расстояние взаимодействия электромагнитных сил. Если у них взаимные скорости ниже некоторой критической величины, то они попадут взаимосвязанное состояние. И сразу же у них возникнет некий общий центр масс (центр механического равновесия). Тогда они начнут падать на этот центр масс. Для взаимодействующих тел центр масс, то же самое, что и дно блюдца для шарика. Там находится минимум потенциальной энергии. Дальнейшее поведение этих тел и их траектории будут зависит от соотношения их масс. Тут может быть два сценария: а), если один из них очень массивное, то центр масс он "перетянет" к себе (как при опыте со стержнем с магнитами), и будет центром системы. Известно, что ускорение тел обратно пропорционально их массам (m₁/m₂ = a₂/a₁). Поэтому тут большое тело почти не получит ускорения, а меньшее быстро будет набирать скорость и вращаться вокруг массивного, создавая иллюзию притяжения, как будто большое удерживает малого своим притяжением. А в самом деле чуточку не так. Они оба вращаются вокруг центра масс (колебание возле точки механического равновесия). Вначале вследствие большой скорости движения (но меньшей, чтобы оторваться), траектория малого тела будет похожим на очень вытянутый эллипс, нечто похожее на растянутую пружину. Эллиптическая орбита - не совсем устойчивая орбита. Поэтому постепенно перигелий и афелий его орбиты будут сближаться (затухание колебаний пружины) и через некоторые время траектория станет похожей на окружность. Окружность является наиболее устойчивой орбитой и наиболее устойчивым состоянием системы. б), если массы тел равны или отличаются не очень сильно, то не один из них не может "перетянуть" центр масс к себе, и центр масс расположиться вне этих тел, где-то между ними. Тогда они оба будут вращаться вокруг этого центра. Как и в первом случае, вначале из-за довольно большой их кинетической энергии движения, орбиты будут похожими на сильно вытянутый эллипс (растянутая пружина). Со временем, постепенное затухание скорости их движения по орбите, приведет к "округлению" их орбиты. Дальнейшее падение скорости по орбите, неизбежно приведет к падению их в центр масс, и слиянию тел (падение шарика по спирали на дно блюдца). И в первом, и во втором случае, тел удерживает от падения на центр только скорость движения по орбите. Если бы скорость движения не менялась, они бы никогда не упали в центр масс. "Нашли" бы какой-нибудь стационарное положение, и кружили бы вечно. Ведь по сути, центр равновесия никого не притягивает, он не есть сила. Он просто центр масс, и... все. Но, довольно много факторов влияющие на скорость движения по орбите (среда, трение, соседи и т.д.). А главное, балом правят электромагнитные силы, и все зависит от них. Стоит по их причине произойти какие-либо возмущения, то летит в тартарары относительное равновесие, и опять придется гоняться за новым равновесием. Как выше было сказано, наличие в центре системы массивного тела делает многое завуалированным, и суть не сразу бросается в глаза. Хорошим примером этому является наша Солнечная система. Электромагнитное поле Солнца скрепляет всех, образуя таким образом, единую связанную систему. Вследствие чего возникает общий центр масс. Масса Солнца более 700 раз превышает сумму масс всех планет солнечной системы. Поэтому общий центр масс (точка механического равновесия), Солнечной системы находится внутри Солнца. Отсюда нам кажется, что планеты удерживаются тяготением Солнца и вращаются вокруг него. Тогда как планеты (и само Солнце тоже) как взаимосвязанные системы стремятся к точке механического равновесия и вращаются вокруг этой точки. Будь центр масс Солнечной системы не внутри Солнца, а в другом свободном месте то… возможно многое уже было бы по другому... Попробуем провести мысленный эксперимент (не хотел бы, чтоб это случилось в реальности). Поместим-ка некое тело сравнимой с массой Солнца, скажем, рядом с Юпитером. Тогда центр механического равновесия Солнечной системы сместилось и расположилось бы где-то посередине между "новичком" и Солнцем. Солнце перестало бы быть "хозяином в доме" и само приобрело бы некую орбиту, вращаясь как "рядовой" вокруг нового центра масс. Соответственно, планеты будут вращаться уже не вокруг Солнца, а вокруг новоявленного центра. Но такое состояние навряд ли будет долго продолжаться, такое состояние, мне кажется, будет весьма неустойчивым. Особенно худо придется планетам (паны дерутся, хлопцев чубы трещат). Либо они делят "семейство" и образуется два "солнца" со своими планетами, соответственно, каждый со своим механическим центром равновесия, либо кто-то займет центр и будет "хозяином". Этот мысленный эксперимент показывает, что дело не в Солнце, не Солнце притягивает планеты, а дело в центре механического равновесия Солнечной системы. Нечто похожее происходит в реальности сплошь и рядом, но как-то на это не обращаем внимание. В двойных (кратных) звездных системах часто оба компонента вращаются вокруг общего центра масс, хотя центр остается невидимым. Это как раз второй случай (б), которую рассмотрели выше. В галактиках звезды тоже вращаются вокруг центра масс. Вначале (особенно в ранних спиральных), в центре не обязательно может быть массивное тело, оно может появиться гораздо позже, когда вещество начнет накапливаться в этой зоне. Вещество, из-за трения, изменения интенсивности эл.магнитных полей и т.д., постепенно теряет угловой момент и по спирали падает на центр равновесия. В этих случаях причина эффекта тяготения менее завуалирована и как бы находится на виду. Исходя из вышеприведенных примеров и представлений, можем сделать следующий вывод: Что мы называем гравитацией - это стремление к центру масс, к центру равновесия, на больших масштабах. Гравитация не является особой "силой", а является лишь вторичным эффектом от взаимодействия электромагнитных сил. Само взаимодействие между телами имеет электромагнитную природу. С их помощью образуются массы вещества, все привычные нам вещи образованы посредством электромагнитных сил. Именно они первоначально скрепляют и образуют единую систему, и только потом появляется центр масс, центр равновесия. Это связано с наличием массы тел. Массы при взаимодействиях проявляют инертность, а взаимная инертность тел, в свою очередь, порождает центр масс. Который начинает "жить" своей жизнью, и играть немаловажную роль в дальнейшей судьбе этой системы. Центром равновесия создается эффект как бы "притягивания" всю и вся. А в самом деле, система просто стремится к равновесию. Отсюда, гравитация обладает только притяжением, не имеет запаха, невидима, но чувствуют ее все. Но родоначальником и дирижером всех процессов в системе всеравно остаются электромагнитные силы. Мм…да, скажут некоторые, эка куда занесло. Какая гравитация, какое еще механическое равновесие? Тела там находятся в невесомости, и у них нет веса. Не торопитесь. Да, тела действительно находятся в свободном падении. Но… посмотрим, на жутко простую формулу: P = mg. На земле у вас согласно этой формульке имеется определенный вес. Если вам сообщить некую скорость (скажем, 8 км/сек.) вы выйдете на круговую орбиту, и будете кружиться вокруг Земли, и что-то петь себе под нос (надеюсь). Одним словом, находитесь свободном падении. Равен ли ваш вес нулю? Обратите внимание на правую часть формулы. Оттого, что вас забросили на орбиту, вы не похудели, толще тоже не стали. Значит, масса осталась прежней. Ускорение стало намного меньше, но тоже не равно нулю. Так, есть у вас вес или нет? Отсутствие опоры под вами (как на поверхности земли) сути не меняет, вес есть, но неявной, скрытой форме. Оттого и падение. Небесные тела находятся точно в таком же положении. Они тоже падают в центр масс. Но боковая (орбитальная) скорость движения не дает им попасть в центр. Они постоянно "промахиваются", и таким образом вращаются вокруг него. Чтобы сохранять такое динамическое равновесие (как велосипед, или как вращающийся шарик в блюдце), нужно "бежать, бежать". Если этого не делать, неровен час можно, с большим грохотом плюхнуться в центр масс. Все зависит от скорости движения. Уменьшится скорость ниже некоторого значения, планета будет падать, если повысится, наоборот, отойдет дальше. А если же сообщить ей скорость выше некоей величины, то она сможет оторваться от Солнечной системы и улететь. Но такое самопроизвольно никогда не происходит. Двигаясь по орбите планеты постоянно меняют местоположение, поэтому каждый момент времени внутренняя конфигурация Солнечной системы меняется. Соответственно, меняется и пространственное распределение масс. Это приводит к постоянному изменению центра масс, и он совершает небольшие периодические колебания. Наибольшее, видимо, будет если все планеты выстроятся в одну линию, что может быть чрезвычайно редко. Даже в этом случае, масса Солнца настолько велика по сравнению суммарной массой всех планет, что центр равновесия системы не выйдет за пределы солнечного диска. Конечно, Солнце как массивное центральное тело оказывает влияние на всех. Но это не гравитационное, а по большей части электромагнитное влияние. Электромагнитное поле Солнца как скорлупа "накрывает" всю солнечную систему, образуя таким образом, единую взаимосвязанную систему. И вследствие чего возникает общий центр масс (центр механического равновесия), и вокруг который вращаются все тела. Центр механического равновесия не есть сила, он не притягивает. Тела, потерявшие свою кинетическую энергию движения ниже некоего предела, сами падают в центр масс. По большому счету, это связано с минимизацией энергетического состояния всей системы и замешаны тут электромагнитные силы. Сегодняшнее состояние Солнечной системы, если посмотреть на нее как бы сбоку, выглядит как сплющенный диск. Это энергетически не выгодное состояние системы, нечто похожее на возбужденного атома. Тогда процессы самопроизвольно пойдут в сторону уменьшения энергетического состояния. Наиболее энергетически выгодным состоянием в данном случае будет - шар, сфера. Поэтому, в дальнейшем, планеты будут медленно и постепенно "собираться" в центре, медленно и постепенно будут дрейфовать к Солнцу... Конечно, этот процесс довольно медленный, и занимающие миллионы, миллиарды лет. Не исключены временные колебания планетных орбит, выражающиеся, то приближением (уменьшением радиуса), то отдалением (увеличением радиуса), как от Солнца, так и между собой. Это явление очень похоже на "дыхание" спиральных маятников наручных часов, которые, периодически то расширяются, то сжимаются. Только тут это происходит в гигантских масштабах. Не исключено, что нынешний "отход" Луны от Земли пр. 2,5-3 см. в год, скорее всего, представляет собой долгопериодические колебания такого характера. Скорее всего, такого рода явление существует и в Солнечной системе в целом. На более больших масштабах происходит примерно то же самое. Наше Солнце само находится под "колпаком" Галактического электромагнитного поля, а наша Галактика в электромагнитном поле скопления, а скопление - в сверхскоплении… и т.д. Вследствие чего на каждом масштабном уровне возникает свой центр масс, свой центр механического равновесия, вокруг которого вращаются все тела, составляющие систему. Нетрудно видеть, что при таком подходе гравитация перестает быть отдельной природной силой. Она просто является "детищем" и вторичным эффектом от взаимодействия электромагнитных сил. Таким образом, стремление тел к точке механического равновесия на больших масштабах и есть гравитация. По механизму действия это ничем не отличается от точек механического равновесия обычных тел нашего масштаба. Только масштабы разные да процессы масштабные, и это для нас выглядит как "тяготение". Если все это так в макромире, то как обстоят дела с гравитацией в микромире, ведь там тоже полным полно обособленных систем? Очень многое зависит от соотношения массы вещества и интенсивности взаимодействий. В микромире значение гравитации ничтожно. Это связано тем, что массы тел слишком малы и центры механического равновесия особой роли не играют. Это с одной стороны. С другой стороны довольно сильны электромагнитные взаимодействия. По мере роста и усложнения структур путем самоорганизации вещества, растет масса тел (атомы, молекулы, планеты, звезды, и др.) и значение центров механического равновесия систем начинают играть немаловажную роль. Вдобавок, по мере образования все более сложных структур, начинают ослабевать, экранироваться электромагнитные силы. Соотношение масса/электромагнитные силы начинает склоняться в пользу массы. В нашем масштабе стремление к механическому равновесию масс, перевешивает интенсивность взаимодействий электромагнитных сил. Это можно рассмотреть на примере железного шарика. Допустим, шарик лежит на деревянном столе. Между молекулами шарика и стола действуют межмолекулярные силы притяжения. Это как бы "электромагнитная часть" гравитации. Одновременно и стол, и шарик, как взаимодействующие объекты, а так же Земля, имеют общий центр масс, куда стремятся и стол и шарик. Шарик вместе со столом "пытаются" падать в центр механического равновесия. Твердая поверхность Земли (то есть, пол) не дает им падать, поэтому они давят на твердую поверхность определенным ускорением (то бишь весом). Если сейчас подвести поближе к шарику, скажем, книгу или авторучку, то на первый взгляд кажется, что между ними нет никаких взаимодействий. Но взаимодействие есть:. чрезвычайно слабое межмолекулярное взаимодействие. Если здесь сравнить стремление к механическому равновесию шарика (падение к центру Земли) и электромагнитное (межмолекулярное) взаимодействие, то из-за большой массы шарика, тут стремление механическому равновесию перевешивает электромагнитное взаимодействие. Если же сейчас к нему приблизить магнит, то он "забыв" обо всем потянется к магниту. Здесь электромагнитное взаимодействие перевесил "механическую"("тягу" к центру масс). Поэтому важна именно соотношение масса/интенсивность взаимодействий. Отсюда, в микромире превалирует силы электромагнитных взаимодействий, а в крупных масштабах, где фигурируют большие массы, механическое равновесие становится определяющим. Об этом говорят, наблюдательные факты. Чем больше масса звезды, тем быстрее происходит схлопывание (падение в центр, коллапс) звезды. Чем больше масса галактики, тем быстрее произойдет падение вещества в центр масс и сжатие галактики и т.д. Но это вовсе не значит, что гравитация может вовсю "своевольничать". Она как детище электромагнитных сил остается всегда под их контролем.