Время и современная физика - Зайцева Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
Интересно отметить, что астрономы, вынужденные создать гипотезу равномерного вращения Земли, не питали почти никаких иллюзий: Кеплер неоднократно намекал на возможность изменений земного вращения, а Лаланд в 1771 году писал, что вращение Земли предполагается равномерным потому, что еще не были замечены явления, указывающие на какую-то неравномерность, но неравномерность вращения Земли может доходить до 2—3 секунд в год и оставаться при этом незамеченной.
Сравнение шкалы времени, вычисленной согласно гипотезе о равномерном вращении Земли, со шкалой, определяемой по орбитальным движениям, проводилось начиная с 1695 года. Именно тогда Галлей сравнил происходившие ранее затмения Солнца, упоминавшиеся в альмагесте, то есть в летописях, отражающих наблюдения арабов в конце IX века, с наблюдениями своего времени и показал, что те и другие соответствуют друг другу только в том случае, если к теоретической формуле для выражения долготы Луны прибавить дополнительный вековой член1, пропорциональный квадрату времени и, следовательно, имеющий вид 5^2. Значения коэффициента 5, вычисленные на протяжении XVIII века, подтвердили существование дополнительного эффекта, открытого Гал-леем.
Естественно в первую очередь связать подобное отклонение с эфемеридой Луны, а следовательно, с теорией
1 Вековыми (секулярными) в небесной механике (и вообще теории периодических движений) называются малые члены, длительное время не меняющие своего знака,, то есть практически непрерывно возрастающие по величине со временем.— Прим. ред,
58
ее движения, Этой проблемой занимались многие математики; в частности, ее решение нашел Лаплас.
Изучая теорию движения спутников Юпитера, Лаплас показал, что вековое изменение эксцентриситета орбиты Юпитера аналогичным образом влияет на среднее движение его спутников. Возмущения орбитального движения Земли, вызванные притяжением других планет, приводят к медленному изменению эксцентриситета земной орбиты. Происходящее от этого ускорение среднего движения Луны приводит к тому, что в выражении ее долготы как функции времени появляется член вида st2. Из-за ошибки в числовой величине 5 проблема сначала казалась решенной, однако вычисления, проведенные в XIX веке, в частности Адамсом и Делоне, показали, что явление, открытое Лапласом, хотя несомненно существует, но объясняет эмпирический эффект, обнаруженный Галлеем, лишь наполовину.
В 1857 году Хансеном были опубликованы новые таблицы движения Луны. Чтобы эти таблицы, наиболее полно представляющие наблюдения Луны с 1750 по 1850 год, соответствовали наблюдениям древних астрономов, составитель таблиц, кроме уже рассматривавшегося векового ускорения, должен был ввести еще и периодические члены, которые были чисто эмпирическими.
Скоро было замечено, что эти члены не соответствуют наблюдениям, проводившимся после 1850 года. В начале нашего столетия Ньюкомб и одновременно Браун построили новую теорию движения Луны. Ныокомб показал, что возникшие трудности могут быть преодолены лишь в том случае, если вращение Земли не рассматривать как равномерное и если именно этой неравномерности приписывать остававшиеся необъяснимыми теоретические расхождения, которые ранее связывались с движением Луны, другими словами, если не отождествлять земное время с механическим временем.
Так как все астрономические наблюдения проводились по земному времени, все неравномерности последнего должны отражаться не только в наблюдаемом (и, следовательно, фиксируемом) движении Луны, но и в совокупности движений планет; это дает возможность проверить гипотезу Ньюкомба. Окончательно проверил гипотезу Ньюкомба Спенсер Джонс (1939), и в настоящее время можно считать установленным следующее;
59
а) кажущееся вековое ускорение движения Луны сопровождается неоднородностями той же природы в движениях Солнца, Меркурия и Венеры, и причина этого связана с монотонным замедлением вращения Земли;
б) скорость такого замедления непостоянна;
в) флуктуации, которым сначала приписывался периодический характер (вспомните таблицы Хансена) и которые небесная механика объяснить не могла, также связаны с вращением Земли;
г) в действительности эти флуктуации не периодические, а случайные. Скорость вращения Земли уменьшается в среднем так, что день удлиняется на 0,002 секунды в столетие. Флуктуации существеннее, чем замедление, но их эффект не накапливается в течение длительного времени.
Еще Кант обратил внимание на то, что торможение вращения Земли морскими приливами и отливами и связанное с этим рассеяние энергии — возможная причина векового замедления вращения Земли; рассеяние энергии, соответствующее наблюдаемому вековому ускорению изученных орбитальных движений *, равно 1012 дж/сек. Если подсчитать рассеяние в результате торможения океанскими приливами и отливами, получается 109 дж/сек, то есть в тысячу раз меньше.
Однако в неглубоких морях ограниченной формы, где скорость приливов велика, а трение у дна и у берегов имеет различный характер, условия совершенно иные. Тэйлор показал, что только Ирландское море приводит к потере энергии, равной 3-Ю10 дж/сек. Перенося подобные расчеты на большое число морей и заливов, Джеф-фрис получил полное рассеяние, порядок величины которого служит достаточным оправданием гипотезы Канта.
