46
Объединение звезд в созвездия позволило произвести определенную систематизацию небесных светил для наиболее детального их изучения и дать им названия. Полярная звезда нам кажется неподвижной. Причина этого заключается во вращении Земли. Воображаема ось, вокруг которой вращается земной шар, пересекает поверхность Земли в двух точках. Эти точки – Северный и Южный географические полюсы. Если направление земной оси продолжить, то оно пройдет вблизи полярной Звезды. Вот почему полярная звезда кажется почти неподвижной.
Галактика имеет форму диска с утолщением по центру с диаметром диска около 3х104 парсек: она находится в постоянном вращательном движении (рис. 9).
В одном из рукавов Галактики вращается вокруг галактического ядра (созвездие Стрельца) Солнце со скоростью 247 км/сек и совершает полный оборот за 176 млн. лет. Солнце находится на расстоянии около 104 парсек от центра Галактики. Центром нашей Метагалактики является крупнейшее созвездие «Дева». Вокруг него вращаются другие скопления звезд, в т.ч. и наша Галактика. Вблизи от её плоскости, поэтому большинство звезд Галактики проецируется на небесную сферу Земли не хаотично, а в пределах той полосы, которую мы называем – Млечным путем. Млечный путь опоясывает весь Земной небосвод, у него нет резких границ, а разные участки имеют одинаковую ширину и яркость. Самый яркий источник в группе Стрелец-
является центром Галактики. Его подлинные размеры 10 пс по диаметру, а общая масса скопления газа – около 5000 солнечных масс. Центр Галактики почти постоянно скрыт от нас облаками межзвездной пыли. Огромные спиральные ветви содержат наиболее горячие и яркие звезды, а также массивные и газовые облака.
Рис. 9. Структура Галактики.
(+, -) –магнитное поле Галактики
47
а, б – продольная и поперечная структура Галактики
ВГалактике существует поток космических лучей, направленных из густо заселенного звездами центра к краям вдоль магнитных силовых линий в открытый космос. Скорость вращения Галактики в центре – 200 км/с, а на периферии – 50 км/с. Падение скорости свидетельствует о торможении газовых масс перемещающихся вдоль магнитных силовых линий от центра к периферии. Взамен оттока газовых масс из ядра вдоль галактической плоскости происходит приток из галактической короны, что свидетельствует
оциркуляции газа в Галактике. На этом пути поток галактических космических лучей, следуя магнитным силовым линиям Галактики неизбежно проходит через Солнечную систему и возвращается обратно, при этом частично передавая другим галактикам свою энергию в открытом космосе.
3.3.Физическая (квантово-полевая) теория строения материи
Вконце 19 и начале 20 столетия в естествознании были сделаны крупнейшие открытия, которые коренным образом изменили представления о картине мира. Эти открытия связаны со строением вещества и взаимосвязи вещества и энергии. В 30-е годы 20 столетия было сделано другое важное открытие, которое показало, что элементарные частицы вещества, например, электроны обладают не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Был сделан вывод, что между веществом и полем не существует резких границ. Де Бройль в 1924 г. установил соотношение между частотой и энергией (волны и частицы). Он полагал, что частицы, и в частности электроны, должны обладать некоторыми волновыми характеристиками и в атомных явлениях электрон не подчиняется законам классической механики. Каждое электромагнитное излучение с любой длиной волны и каждая частица вещества с любой массой имеют двойные качества (волновые и корпускулярные).
Вконце прошлого столетия были открыты электроны, входящие в состав атомов. Изучено строение ядра атомов, состоящее из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов (лишенных заряда). Первым ученым, который это доказал, был советский физик Д.Д. Иваненко (1932 г.).
В1934 г. И.Е. Таммом и Д.Д. Иваненко впервые была объяснена природа ядерных сил и составлены их основные характеристики. Они первые доказали, что силы могут быть не только обменными, согласно которым взаимодействие двух заряженных частиц осуществляется посредством квантов, испускаемых и поглощаемых этими частицами. Они пришли к выводу, что электромагнитное поле возникает в результате взаимодействия промежуточных частиц. Нейтрон, испустив отрицательный электрон, становится протоном, а протон, поглотив отрицательный электрон, становится нейтроном.
Модель строения атома английского ученого Э.Резерфорда (1871-1937) была усовершенствована датским физиком Нильсом Бором (1885-1962), который предположил, что при вращении электронов по стационарным орбитам, электроны не излучают энергию. Энергия излучается ими или
48
поглощается в виде кванта только при переходе электрона с одной орбиты на другую.
Одновременно с Н. Бором теорию деления атомных ядер разработал в 1939 г. известный советский физик Я.И. Френкель. Вслед за этим ученики Семенова, основателя советской школы исследования цепных реакций Я.Б. Зельдович, Ю.Б. Харитон рассчитали условия, необходимые для осуществления цепного процесса в ядре урана. Дело в том, что в ядрах урана много одноименно заряженных протонов, они находятся на грани неустойчивости. Под влиянием этой неустойчивости то одно, то другое ядро урана само делится на осколки, при этом возникают свободные нейтроны, способные вызвать цепной процесс при соответствующих условиях. Работы советских физиков В.И. Векслера и Г.И. Будкера позволили создать мощные ускорители заряженных частиц до 1000 Гэв типа фазотрона, синхрона, синхротрона и синхрофахотрона.
В 1940 г. ученики И.В. Курчатова Г.Н. Флеров и К.А. Петржак произвели серию очень точных исследований, доказавших наличие самопроизвольных делений ядер урана. В 1963 г. группа геофизиков атомщиков под руководством Г.Н. Флерова получила изотопы элементов 102, 103, 104, 105.
Таким образом, был установлен закон, что материя из ничего не возникает и не исчезает бесследно. Она только переходит из одной формы в другую. Например, протон можно получить в результате столкновения нейтрона и П-мезона или Лямбда-гиперона и К-мезона, но это не означает, что в структуру всех этих частиц входит протон. Из этого следует, что одни частицы способны порождать друг друга и превращаться в световые волны.
Так как, в определенных условиях элементарные частицы вещества обнаруживают волновые свойства, а частицы поля свойства корпускул. Это явление получило название «дуализма волны и частиц». Так сложились новые квантово-полевые представления о материи. Одной из основных особенностей элементарных частиц является их универсальная взаимозаменяемость и взаимо-превращаемость. Эта теория послужила основной для развития квантовой механики.
Другой фундаментальной теорией, которая была использована для разработки теории физической картины, была теория относительности, в корне изменившая научное представление о пространстве и времени. По теории относительности все движения, происходящие в природе, имеют относительный характер. Это означает, что в природе не существует никакой абсолютной системы отсчета, которую допускала Ньютоновская механика. Была создана общая теория относительности, теория тяготения, принципиально отличная от прежних теорий. Эта теория впервые
установила четкую связь между движущимися материальными телами и их пространственно временной метрикой. Согласно этой теории, луч света,
идущий от далекой звезды и проходящий вблизи Солнца, должен отклониться от своего прямолинейного пути и искривиться, что и было подтверждено наблюдениями. Общая теория относительности доказала, что формой существования материи является движение, пространство и время, а также тесная связь между материальными телами и физическими полями.
49
Таким образом, в современной физической картине мира сложилась
новая «квантово-полевая теория существования материи», которая определяется как корпускулярно-волновой дуализм – наличие у каждого элемента материи, свойств волны и частицы. Одной из основных особенностей элементарных частиц является их универсальная взаимозависимость и взаимопревращаемость. В кванто-полевой теории о материи все физические взаимодействия между частицами материи представлены в виде гравитационных и электромагнитных волн, разной интенсивности.
«Многие западные физики, находясь на позиции идеализма, пытаются доказать, что масса и энергия эквивалентны в том смысле, что масса может превратиться в энергию и наоборот».(Дж. Амальди). Поводом для неправильного утверждения о превращении энергии в массу и наоборот послужило то, что физики рассматривали электромагнитные излучения, а также другие виды полей, как чистую энергию, лишенную каких-либо материальных характеристик.
Однако, как показали исследования советских ученых, электромагнитное излучение характеризуется не только энергией. Кванты света или гамма излучение обладают массой электромагнитной природы. Электромагнитное поле является особым видом материи, таким же равноправным, как и вещество. Поэтому превращение пары частиц (электрона и протона) в гаммакванты не означает превращение вещества в энергию, а является превращением одной формы материи – частиц, в другую форму материи – кванты гамма-излучения (электромагнитное поле), обладающее электромагнитной массой. При этом масса и энергия двух исчезающих элементарных частиц, превращается в массу и энергию, возникающую в гамма квантах. Крушение прежней механистической системы взглядов на природу идеалистически настроенные ученые выдают за крушение материализма. Они основываются на невозможности однозначного описания движений микрообъекта в несвойственных ему понятиях «координат и импульса». В результате они делают выводы об отсутствии причинноследственных связей в движении микрообъектов.
Какими бы странными не казались нам вновь открытые свойства тех или иных микрообъектов, какими бы необычайными не были их движения, это не
вкоем не влечет за собой никаких идеалистических выводов. Электрон оказался не точкой и не шариком, а бесконечно более сложным объектом. Он, действительно, как писал В.И. Ленин «также неисчерпаемый как и атом», но это не дает нам право отрицать его объективное независимое от наших наблюдений и измерений существование, а также отрицание закономерностей
вего движении и взаимодействии. Нельзя отрицать возможность познания наукой этих законов и связей. В физике не привыкли к тому, чтобы исследуемые ими объекты сочетали в себе противоположные свойства. Для материалистической диалектики единство и их противоположные свойства уже давно являются азбучной истиной. Раскрытие двойственной корпускулярно-волновой природы микрообъектов явилось еще одним актом торжества материалистической диалектики в области физики.