Наталья Сердцева - 99 секретов науки

По поводу того, откуда у нашей планеты взялся такой симпатичный и крупный спутник, существовало и существует множество гипотез. Одна из первых – гипотеза одновременного формирования двух объектов, один из которых оказался массивнее и захватил другой. Позже выдвигалась гипотеза, согласно которой Луна образовалась из множества мелких спутников, захваченных Землей и постепенно «склеенных» в один большой. Существует гипотеза, что когда-то Луна была планетой, пролетавшей мимо Земли, и коварная Земля захватила ее в плен силой своего обаяния (или, скорее, притяжения).

Есть и другие гипотетические варианты развития событий, но на сегодняшний день самой правдоподобной считается гипотеза гигантского столкновения. Среди участников предполагаемого инцидента, случившегося 4,5 миллиарда лет назад, – протопланета Тейя, планета размером с Марс. Вскоре после своего формирования Тейя перешла на хаотичную орбиту движения, приблизилась к Земле и врезалась в нее на очень большой скорости.

Столкновение было не лобовым, оно произошло по касательной, при этом значительный «клок» недавно сформировавшейся Земли был вырван и выброшен на орбиту. Позже из этого обломка образовалась Луна. На то, чтобы стать относительно круглой, ей понадобилось около ста лет. Земля же в результате происшествия накренилась – ось ее вращения и сегодня далека от перпендикулярной, – а также немного ускорила свое движение.

Что же случилось после аварии с Тейей? Некоторые ученые считают, что виновница происшествия почти не пострадала, она продолжила движение и скрылась в неведомых глубинах космоса.

Другие предполагают, что от столкновения Тейя распалась на множество обломков, которые разлетелись по Солнечной системе, став астероидами или, возможно, спутниками других планет.

Это в фантастических романах звездолеты могут бороздить просторы Вселенной со сверхсветовой скоростью, в реальности этот предел перейти невозможно. Скорость света напрямую связана с теорией относительности, на которой возведен фундамент современной физики. Если бы скорость света была превышена, это привело бы к нарушению причинно-следственных закономерностей, то есть к смешению прошлого и будущего.

Со скоростью света распространяется не только свет, но и другие волны, к примеру электромагнитные. Она составляет в округленном значении 300 000 км/с. Скорость света одинакова в любых системах отсчета, она не зависит ни от направления света, ни от скорости движения источника и наблюдателя. Это такое же фундаментальное свойство нашего мира, как закон всемирного тяготения или законы движения.

Все слышали, что Ньютон открыл закон всемирного тяготения, когда ему на голову упало яблоко. Но не все знают, что дело было ночью и на небе светила полная луна. Почему это важно? Потому что в тот момент Ньютон понял: и на спелые яблоки, падающие вниз, и на Луну, которая вращается вокруг Земли, действует одна и та же сила. Позже эта сила была названа гравитацией, или силой притяжения.

Закон Ньютона не случайно назвали всемирным, он действует абсолютно на все материальные тела, на Земле и на Луне, на любой планете и в любом уголке Вселенной. Если бы притяжение выражало себя визуально, например в виде нитей, то все было бы покрыто паутиной из этих нитей, соединяющих все предметы друг с другом.

Притяжение между предметами с небольшой массой очень невелико и практически незаметно. К примеру, между двумя людьми среднего телосложения, стоящими на расстоянии одного метра, сила тяготения составит три сотых миллиграмма. Попробуйте это заметить! Такой массивный объект, как Земля, притягивает все, что на нем находится, в том числе и нас с вами. Даже если мы очень высоко подпрыгнем, мы все равно вернемся на землю – с гравитацией не поспоришь.

Сила притяжения удерживает планеты и звезды на своих орбитах. Самый массивный объект в Солнечной системе – это само Солнце. Его масса составляет более 99 % массы всей Солнечной системы. Неудивительно, что оно заставляет планеты и астероиды вращаться вокруг себя. Ни одна из планет не сможет выйти за пределы влияния Солнца, разница между их массами слишком велика.

Та же самая сила, что заставляет яблоки падать, удерживает планеты и спутники на орбитах. Почему же они не падают, как яблоки? Из-за высокой скорости движения. По сути, вращение – это и есть бесконечное падение, которое не может завершиться, так как меньшее тело пролетает мимо большего по вытянутой траектории.

Мы живем в привычном трехмерном мире, где правят бал длина, ширина и высота, и хорошо понимаем, что такое объем. А теперь попробуем на минутку представить, что наш мир двухмерный, плоский и имеет только два измерения – ширину и длину. Смогли бы мы в этом случае понять, что такое третье измерение? Наверное, это было бы так же сложно, как сейчас нам сложно понять четырехмерную пространственную модель.

Эту модель, как и многие другие невероятно сложные вещи, открыл гениальный физик Альберт Эйнштейн. К трем известным всем измерениям он добавил время и тем самым сделал мир четырехмерным. Четыре измерения существуют не по отдельности, это нечто цельное и слитное, названное Эйнштейном одним словом – пространство-время. Если в трехмерном мире два предмета удалены друг от друга, мы говорим, что между ними существует какое-то расстояние. В четырехмерном мире это не просто расстояние, а пространственно-временной интервал.

С введением теории четвертого измерения подверглась серьезным изменениям теория гравитации. Ньютон говорил: планеты вращаются вокруг звезд, потому что между этими телами действуют силы тяготения.

Эйнштейн внес свои коррективы в это утверждение. По его теории, подтвержденной и доказанной, гравитация – это искривление пространства-времени под влиянием массы тела.

Для иллюстрации ученый предлагал представить такую картинку: пространство-время – это туго натянутая резиновая ткань, нечто вроде батута. Помещаем в центр этого батута тяжелый шар (звезду). Под весом шара ткань провиснет, образовав воронку, – пространство-время искривится. Если рядом с тяжелым шаром расположить шар поменьше (планету) и придать ему ускорение, то он вынужден будет вращаться вокруг этой воронки. Так искривление пространства-времени массивным телом влияет на тело с меньшей массой. Фактически ничего не изменилось: и в объяснении Ньютона, и в теории Эйнштейна планеты вращаются вокруг звезд. Но при этом картина мира совершенно разная.