Динамика иерархических систем: эволюционное представление - Николис Дж.
Скачать (прямая ссылка):
т. е. взаимодействуют обратимо. Никакой связи между их спинами не
возникает. Действительно, спин не участвует во взаимодействии из-за
идеальной сферической формы тел, так как сферическая форма приводит к
тому, что взаимодействие не влияет на спин. Из закона сохранения углового
момента следует, что расстояние между траекториями тел в конце должно
быть равно расстоянию между ними в начале; это свидетельствует об
обратимом характере взаимодействия. Но в действительности из-за
существования ненулевой вязкости гравитационное притяжение вызывает
пластическую деформацию двух тел. В результате этой нелинейной деформации
(нарушенной симметрии) происходит диссипация (механическая энергия
превращается в тепло из-за неидеально-сти упругой деформации вещества):
деформация тел, имевших первоначально сферическую форму, будучи
неупругой, необратима. Кроме того, отклонение формы тел от сферической
приводит к возникновению связи между их орбитальным и спиновым угловыми
моментами. Это означает, что между вращением одного тела и орбитой
другого тела может происходить обмен и энергией, и угловым моментом.
Хорошо известный тому пример - система Луна - Земля, в которой приливные
силы действуют в океане, атмосфере и в "земной тверди". Если представить
себе земную поверхность, покрытую океанами со стороны Л и со стороны А'
(рис. 2.2), то со стороны А притяжение со стороны Луны сильнее, чем со
стороны А'. Основную массу Земли, лежащую между А и А', Луна притягивает
с силой, промежуточной между той, с которой она притягивает океанские
воды в Л' и Л. Обе части Мирового океана - в Л' и Л -образуют горбы
выпуклостью от центра Земли (рис. 2.2). Вблизи суши это приводит
соответственно к более сильным приливам и отливам. Двигаясь по
поверхности дна или заливаемого берега, вода испытывает трение и теряет
энергию. Эта энергия черпается из энергии вращения Земли, и поэтому
вращение Земли вокруг оси замедляется (на одну тысячную секунды за
столетие - величина эта столь мала, так как линии Земля - Луна требуется
почти месяц, чтобы совершить оборот вокруг Земли, тогда как сама Земля
совершает оборот вокруг своей оси за сутки, т. е. гораздо быстрее).
Приливы, поднимаемые
26
Глава 2
Землей на Луне, гораздо больше, и приливное трение настолько замедлило
вращение Луны, что теперь она всегда обращена к Земле одной и той же
стороной.
Применение закона сохранения углового момента к (замкнутой) системе Земля
- Луна показывает, что угловой момент вращения Луны возрастает в том же
направлении, в каком вращается Земля: орбита Луны, судя по наблюдениям,
увеличивается. Диссипация, порождаемая приливным трением, приводит к
возникновению спин-орбитальной связи и увлекает Луну прочь от Земли
(явление необратимое).
Представим себе теперь тело, летящее навстречу Земле так, что в момент
наибольшего сближения оно движется в сторону,
противоположную суточному вращению Земли. В отсутствие диссипативных сил
такое тело должно было бы удалиться в бесконечность, но приливное трение
уменьшит его угловой момент. Если убыль углового момента и связанная с
ней потеря энергии достаточно велики, то они могли бы задержать тело, не
дав ему уйти на бесконечность. Так, приливные явления могут, по крайней
мере в принципе, приводить к гравитационному захвату - необратимому
эволюционному явлению, невозможному без диссипации, т. е. без силы
гравитационного притяжения, действующей на протяженный вязкий объект.
До сих пор мы занимались (причем весьма интенсивно) рассмотрением
гравитационного взаимодействия самого по себе и взаимодействия гравитации
и вязкости. Достигнутого нами понимания этого круга проблем пока вполне
достаточно, и мы обратимся теперь к неустойчивости других типов,
обусловленных связями между четырьмя различными типами фундаментальных
взаимодействий, чтобы оценить в более широком плане роль гравитации как
ключевого фактора, управляющего во Вселенной.
2.2.2. Комментарии о роли связи между четырьмя фундаментальными
взаимодействиями в процессе эволюции
В предыдущем разделе было показано, что если гравитационную систему
предоставить самой себе, то она очень быстро кол-лапсирует. Для Солнца
время такого "свободного падения" со-
А
Рис. 2.2. Приливные эффекты на Земле, вызываемые Луной.
Нелинейная динамика и статистическая физика 2Т
ставляет примерно полчаса, для нашей Галактики- ~ 100 млн.. лет.
Возраст нашей Вселенной в целом (~15-20 млрд. лет), как и возраст нашей
Галактики и Солнечной системы в частности (~5-15 млрд. лет), наводит на
мысль о нескольких "задержках" (как называет их Дайсон [2.2]), т. е.
внешне случайных препятствиях на пути эволюции, которые возникают при
определенных сочетаниях четырех фундаментальных взаимодействий и ряда
(неизвестных) начальных условий, связанных (с все еще неизвестной)
динамикой большого взрыва. Эти задержки приводят к временному прекращению
процесса деградации энергии, происходящему под действием одной
