Тема 10. Общая теория относительности

Общая теория относительности – теория, созданная А.Эйнштейном с 1906 по 1916 гг., в которой он обратился к проблеме тяготения и описал новые стороны зависимости пространственно-временных отношений от материальных процессов. ОТО базируется на трех постулатах: 1) расширенный принцип относительности, 2) принцип постоянства скорости света и 3) принцип эквивалентности инертной и гравитационной масс: инертная масса и масса гравитационная равны между собой. Из ОТО выводился ряд следствий: а) искривление пространства – массы, создающие поле тяготения, искривляют пространство, что можно обнаружить в отклонении луча света от прямолинейной траектории в гравитационном поле; б) замедление времени – в поле силы тяжести время замедляет свой ход. Феномен искривления пространства не учитывается в евклидовой геометрии, но может быть описан на языке неевклидовых геометрий (Н.И.Лобачевский, Б.Риман, Я.Больяй). Еще при жизни Эйнштейна в ХХ в. ОТО получила подтверждение на основе астрономических наблюдений: а) обнаружение смещения перигелия Меркурия – наиболее близкой к Солнцу планеты; б) наблюдение во время солнечного затмения смещения положения звезд вблизи солнечного диска; в) обнаружение "красного смещения" (Хаббл), т.е. смещения спектральных линий излучения звезд в сторону красного света, что свидетельствовало о разбегании галактик, расширении Вселенной. ОТО предсказывает существование во Вселенной гравитационного коллапса и "черных дыр".

Гравитационный коллапс – катастрофическое сжатие сверхмассивного космического тела (газопылевого облака, звезды) под действием собственной гравитации, что приводит к состоянию черной дыры.

Черная дыра – сверхмассивное физическое тело, создающее столь сильное тяготение, что красное смещение для света, испускаемого вблизи него, способно обратиться в бесконечность, поэтому эти объекты ничего не излучают. Чтобы возникла ЧД, тело должно сжаться до критического "гравитационного радиуса" – радиуса, не превосходящего отношения массы тела к массе Солнца, умноженного на 3 км. Гравитационное замедление времени в ЧД столь велико, что время там, с точки зрения внешнего наблюдателя, практически останавливается. ЧД недоступна для непосредственного наблюдения; считается, что черными дырами становятся сколлапсировавшие звезды.

Тема 11. Системность материи: микро-, макро-, мегамиры

Системный подход – метод понимания природы, при котором природные предметы и явления рассматриваются как части или элементы определенного целостного образования.

Системность материи – атрибут материи; представление о материальном мире как иерархически организованной совокупности систем, где любой объект одновременно является самостоятельной сложной системой и элементом другой, более сложной системы.

Система – внутреннее (или внешнее) упорядоченное множество взаимосвязанных элементов, определенная целостность, проявляющая себя как нечто единое по отношению к другим объектам или внешним условиям.

Структура системы – это совокупность связей между элементами системы. Основные типы связей: а) горизонтальные связи (связи координации между элементами системы и системами одного уровня, которые носят коррелирующий характер); б) вертикаль­ные связи (связи субординации, иерархии, показывающие взаимоотношения между уровнями организации системы).

Структурная иерархия материи – свя­зи между огромным множеством систем ок­ружающего нас мира, находящихся в отношении иерархической соподчиненности, а также упорядоченность строения каждой системы; при этом на каждом структурном уровне материи существуют особые (эмерджентные) свойства, отсутствующие на других уровнях. Квалификационным признаком СИМ является размер объекта и его масса, а также их соотношение с человеком: соизмеримость с человеком (макромир) и несоизмеримость с ним (микро- и мегамир).

Микромир – область предельно малых, непосредственно ненаблюдаемых материальных микрообъектов, размеры которых исчисляются в нанометрах (1 нм = 10^-9м) диапазоне от 10^-8 до 10^-16 см., а время жизни — от бесконечности до 10^-24 с. Сюда относятся: поля, элементарные частицы, ядра, атомы и молекулы. Фундаментальным взаимодействием в микромире является сильное ядерное взаимодействие, самая незначительная роль принадлежит гравитационному взаимодействию.

Макромир – мир материальных объектов, соизмеримых по своим масштабам с человеком и его физическими параметрами. На этом уровне пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах, метрах и километрах, а время — в секундах, минутах, часах, днях и годах. В практической действительности макромир представлен макромолекулами, веществами в различных агрегатных состояниях, живыми организмами, человеком и продуктами его деятельности, т.е. макротелами. В макромире доминируют электромагнитное и гравитационное взаимодействие.

Мегамир – сфера огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в которой измеряется астрономическими единицами (1а.е=1,5^.10¹¹м), световыми годами (1 св.г. = 9,58^.10¹⁵м) и парсеками (1 пк = 3,08^.10¹⁶м), а время существования космических объектов — миллионами и миллиардами лет. К этому уровню материи относятся наиболее крупные материальные объекты: планеты, звезды, галактики и их скопления (Метагалактики), Вселенная, Космос в целом. Фундаментальным взаимодействием в мегамире является гравитационное взаимодействие.