Этюды о Вселенной (стр. 2 из 2)
А так как у большинства звезд радиус значительно больше, то гравитационную энергию можно приблизительно вычислить по более простой формуле:
Егр ≈ Мс2/2.
Т.к. сжатие космических объектов под действием сил тяжесть проходит с потерей части массы, то работа сил гравитации по сжатию таких объектов будет определяться:
∆Егр = Е0 – Е1 = (М0с2/2 – GM0/R0) – (M1c2/2 – GM12/r1).
Для радиусов много больше гравитационного.
∆Егр ≈ ∆Мс2/2,
где ∆М – потерянная масса объекта.
Используя такой подход к гравитационной энергии можно решить большое количество проблем в астрономии. Рассмотрим эволюцию и строение звезд.
Предложенная формула гравитационной энергии не запрещает звездам и другим объектам Вселенной иметь сколько угодно большую массу, т.к. теперь гравитационная энергия пропорциональна массе, в то время как по старой она была пропорциональна квадрату массы, что приводило в противоречие с наблюдаемыми данными. Эволюция звезд с использованием старой формулы предполагала три типа конечного состояния «мертвых» звезд: белые карлики, нейтронные звезды, «черные дыры», в зависимости от первоначальной массы. Новая не запрещает эволюционировать звездам из главной последовательности в белый карлик, и потом нейтронную звезду. Это происходит по видимому, при взрыве сверх новых звезд 2-го типа, когда звезда первоначально превращается в белый карлик, и через несколько дней в нейтронную звезду, хотя возможны и другие варианты.
К сожалению, для почитателей «черных дыр» данная формула делает проблематичной существование таких релятивистских объектов, одна из причин: гравитационная энергия любого тела не превышает энергию необходимую для сжатия вещества до такого состояния. Да и сама природа делает нам подсказку: чем сильнее сжимается объект, тем больше выделяется энергии, скорее всего при достижении гравитационного радиуса, а вернее сказать, критических условий, вещество «испариться», превращаясь в электромагнитную излучение и другие виды материи.
В заключение можно сказать, что запас гравитационной энергии можно получить другим путем, а именно интегрированием известной формулы F=Gmm/R2 по R от ∞ до гравитационного радиуса R
Знаменитая формула эквивалентности энергии и массы Еэк=mc2 является также формулой максимальной энергии, которую может иметь система массой m. Действительно, рассмотрим задачу сближения двух материальных точек массой m со скоростями 3/4с для определенности.
Попробуем определить энергию данной системы.
Кинетическая энергия каждой точки:
Екин = m(3/4с)2/2
Суммарная кинетическая энергия:
Еобщ = Екин1 + Екин2 = m(3/4с)2/2 + m(3/4с)2/2.
В Ньютоновской физике:
Еобщ = m(3/4с)2/2 + m(3/4с)2/2 = 0,56 Мс2.
В ОТО результат будет несколько иной, ведь сложение скоростей выглядит иначе:
V = (3/4c + 3/4c)/(1 + (2/3)2c2)/c2 = 0,96c, где М = m + m, Екин = 0,46Мс2.
Аналогично найдем полную энергию, которая равна сумме эквивалентной и кинетической энергий.
Епол = Еэкв + Екин = Мс2 + М(0,96с)2,
Vсум = (с + 0,96)/(1 + 0,96с2/с2) = с.
Итак, полная энергия любого тела равна Епол=Еэкв=Мс2, половина из которой гравитационная.
Я думаю, данная формула принесет еще не мало сюрпризов, но с другой стороны может помочь в решении многих проблем.
Спиральная структура галактик
Большинство галактик нашей Вселенной, около 70%, имеет спиральную структуру. Логично предположить, что есть определенная связь между спиральным узором галактик и структурой Вселенной до галактической эпохи. «Большой» взрыв – основная рабочая модель эволюции Вселенной. Жаль что мы не имеем возможности (во всяком случае пока...) видеть структуру Вселенной той далекой эпохи, зато у нас есть «под рукой» некое подобие, можно сказать модель ее, я имею в виду Крабовидную туманность. В этой туманности образованной таким взрывом хорошо просматривается волокнистая структура газа, а что если и Вселенная после взрыва имела подобную волокнистую структуру. Газ под действием гравитационных сил сжимался в волокна, в дальнейшем волокна разрывались, узлы волокон служили центром гравитационного сжатия, а т.к. волокна имели составляющую вихревого движения, то волокна закручивались и сжимаясь образовывали спиральный узор. Единый начальный момент вращения волокна из которого образовалась галактика хорошо объясняет «кривую вращения» галактик, а именно распределение скоростей вращения вещества в галактиках. С другой стороны хорошо объясняется сохранность этого узора в течение длительного времени. Если сейчас наше Солнце делает один оборот за 250млн лет вокруг галактического центра, то предыдущий – за 500млн лет, а до этого – за 1млрд лет, так что за 15...20млрд лет – это возраст Галактики, было сделано 7...8 оборотов относительно внешних систем отсчета т.е. относительно других галактик. Движение ветвей галактик относительно друг друга еще меньше, поэтому спиральная структура достаточно устойчивая.
В зависимости от того, как распределена масса вещества в волокне галактике до галактической эпохи, т.е. сосредоточена в центре или, более менее, распределено равномерно будет зависеть наличие так называемого бара или другими словами перемычки. Эволюция галактик идет в направлении от менее закрученных к более закрученным и далее к эллиптическим.
Волокнистая структура Вселенной после взрыва хорошо объясняет, почему галактики образуют цепочки.