В 1974-м году Стивен Хокинг предположил, что при воздействии образования пар виртуальных частиц маленькие черные дыры (TBH) могут испаряться, излучая при этом характерные радиосигналы. Черные дыры, способные испариться за адекватный промежуток времени, должны были иметь размер, сопоставимый с размерами атома, а потому и сигналы, издаваемые ими были бы очень слабыми и терялись бы на фоне других радиосигналов из космоса. Потому для идентификации жизнедеятельности таких объектов был создан метод, основанный на быстром преобразовании Фурье (FFT), отрезающий шум и выявляющий импульсы черной дыры. К сожалению, маленьких черных дыр найти так и не удалось.

В следующий раз с проблемой глушения сигнала в шумной среде в 1992-м году столкнулся сотрудник лаборатории радиоастрономии CSIRO в Канберре Джон О'Салливан, который попытался разработать компьютерную сеть беспроводного обмена данными — тогда сигнал также гас на фоне других шумящих сетей и не воспринимался приемником. В США, кстати, для таких ситуаций, существовало три диапазона частоты для нелицензионного использования: 900 МГц, 2400 МГц и 5800 МГц. Эти диапазоны назывались "мусорными" и никем кроме микроволновых печей заняты не были. О'Салливан применил в создании своей сети такой же алгоритм, который использовали для выявления активности TBH и запатентовал свою технологию в Австралии в 1992 году. Технология Wi-Fi впервые была представлена в 1997-м году и уже в 1999-м году первым коммерческим устройством, поддерживающим эту технологию, стал ноутбук Apple iBook G3.

1980-е годы ознаменованы началом ознакомления с летописью Вселенной. Теория Большого взрыва на тот момент не позволяла узнать течение эволюции Вселенной, момент появления первых звезд и галактик. Это стало возможным лишь с запуском телескопа им. Хаббла, что сумел наблюдать объекты на больших красных смещениях, соответствующих ранним эпохам Вселенной. Писать историю пришлось нам, причем, наблюдая за событиями воочию. Это настолько же удивительно, как, например, смотреть через телескоп за основанием Руси, произошедшим более тысячи лет назад. Эмпирическим путем находились все более старые галактики молодой Вселенной, обрисовывалась картина формирования мира в первые миллиарды лет его существования. Появились первые предположения по распределению эпох во Вселенной: формирование физических законов в первые доли секунд после Большого взрыва, первичный нуклеосинтез, отделение вещества от излучения и образование космического микроволнового фона, появление первых звезд и галактик. Все это стало возможно благодаря обнаружению последних на z ~ 7-8, соответствующих 600-700 млн лет после Большого взрыва. Уже к тому моменту сформировались скопления галактик, сами галактики с большим звездным населением. Нам хотелось найти еще более старые, только зарождающиеся галактики.

Это стало возможно благодаря обновлению аппаратуры телескопа им. Хаббл, который в связке со Спейс Шаттлом представлял конструктор со сменными инструментами: еще в начале 90-х ему таким образом поставили «очки»‎ (COSTAR), в 2009 году, в ходе последней обслуживающей миссии, ему установили новые «глаза»‎ WFC3 (Wide Field Camera 3), наблюдающие за небом в ближнем ИК- и среднем УФ- диапазонах. Камера имеет фантастическое разрешение 0,04 угловые секунды, что позволяет зарегистрировать даже самые крохотные объекты, попавшие в кадр. За 12 лет работы с новым оборудованием телескопу удалось обнаружить более 1000 галактик, облик которых соответствует молодой Вселенной. Так и сегодняшний кандидат в галактики, GN-z11, обнаруженный в 2016 году, был обнаружен на красном смещении z = 11,1 (около 32 млрд световых лет), что соответствует возрасту Вселенной всего 400 млн лет. Это самый далекий объект, что удавалось найти.

Галактика находится в Большой Медведице, ее диаметр составляет примерно 4000 световых лет, что в 25 раз меньше диаметра Млечного Пути. Оценка красного смещения GN-z11 соответствует расстоянию в 13,4 млрд световых лет от места излучения, в настоящий момент галактика (если она еще существует) находится на расстоянии 32 млрд световых лет. Удаляется от нас она на скорости 295 000 км/с, 98% от скорости света! Звездообразование в ней оценивается активным, в 20 раз превышающим звездообразование во Млечном Пути. Это делает ее в три раза более яркой, чем другие галактики на z ~ 6-8. Повышенный интерес к находке объясняется тем, что мы видим галактику такой, какой она была в эпоху реионизации, происходящей через 550-800 млн лет после Большого взрыва. GN-z11 обнаружила в марте 2016 года международная группа астрономов (Oesch et al.) в ходе обзоров CANDELS/GOODS-N, проводящих поиск объектов, существовавших в Темные века.

По мере расширения Вселенной наступил такой момент, когда она охладилась до температуры, позволившей веществу отделиться от излучения (380 000 лет после БВ, образование CMB). Настала эпоха рекомбинации, электроны и протоны сумели сформироваться в атомы водорода и гелия. Вселенная стала прозрачной. Тогда она хоть и была анизотропной на малых масштабах, ее однородность была выше, чем сейчас, потому требовалось больше времени для фрагментации вещества и его скучивания в сгустки. Плазмы в то время уже не было, а первые звезды еще не появились — данный этап жизни Вселенной называют Темными веками, так как во Вселенной тогда не существовало фотонов. Именно в Темные века, длившиеся более 150 млн лет, путем конденсации нейтрального газа сформировались первые звезды, галактики и квазары. Ультрафиолетовое излучение мощнейших квазаров осветило Вселенную, а при попадании их фотона на атом водорода происходило возбуждение и отрыв от ядра электрона, ионизируя атом. При этом свободный электрон так и оставался свободным, не находя себе пары для создания стабильного атома — таким образом средняя плотность вещества стремительно падала, образовывалась плазма, что в совокупности ускоряло процесс коллапса вещества и создания звезд и галактик. Время, в ходе которого мощное гамма-излучение ионизировало водород и подготовило Вселенную к образованию крупномасштабных структур, называют эпохой реионизации. Оно длилось с 550 до 800 млн лет после БВ. Изучение объектов, существовавших в эпоху реионизации, помогает уточнить природу образования галактик, так как до сих пор нет единого мнения на счет того, как эти самые галактики образуются.

Но вернемся к GN-z11: нашли далекую галактику, но стоит ли радоваться? Еще в 2016 году д.ф-м.н Игорь Чилингарьян высказал свой скептицизм к данному открытию. В 2020 году появляется новость о том, что обсерваторией им. Кека обнаружен яркий сигнал GN-z11-flash (ультрафиолетовая вспышка в одноименной галактике), обусловленный гамма-всплеском или взрывной волной сверхновой III популяции; в этом же году выходит несколько работ, где авторы высказывают свои идеи по поводу происхождения «кандидата в галактики»‎:

• «The GN-z11 flash event can be a satellite glint»‎, Nir et al. (препринт, arXiv.org: 2102.04466);
• «GN-z11-flash was a signal from a man-made satellite not a gamma-ray burst at redshift 11»‎, Michalowski et al. (препринт, arXiv.org: 2102.13164).

Рассмотрим основные тезисы этих двух работ:

• GN-z11 может представлять собой отражение высокоорбитального спутника;
• Обнаруженная в 2020 году гамма-вспышка в GN-z11 представляет собой еще одно подтверждение того, что этот объект — не галактика. Кратковременные гамма-вспышки свойственны не космическим объектам, а вращающимся телам по типу спутников. В качестве доказательства приводится также тот факт, что угловые размеры галактики соответствуют размерам типичных вспышек-отражений от рукотворных космических тел;
• Вспышкой якобы GN-z11 стал обломок спутника «Бриз-М», у которого было похожее местоположение. То есть причиной обнаружения GN-z11 является космический мусор.

Такие выводы удалось сделать путем мониторинга местоположения телескопа им. Хаббла и «помех» в виде космического мусора, а также положения галактики относительно них. Подходящим под местоположение в заданное время объектом стал обломок разгонного блока «Бриз-М», запущенного РН Протон. Исследователи с помощью телескопа RBT/PST2 измерили магнитуду вспышки отражения блока и погрешности измерений, которые оказались в допустимых пределах.

Работы о гамма-вспышке в GN-z11 попали под шквал критики — как минимум потому, что подобных вспышек от якобы удаленных объектов за сутки по всему миру регистрируется более сотни штук. По каждой работу писать глупо, так как быстро обнаруживается, что это помеха. Если посмотреть спектры, которые анализировались в исследованиях (пр.: Jiang et al., arXiv.org: 2012.06936), можно обнаружить их сходство со спектром Солнца (т.к. спутники отражают именно его свет напрямую или через Луну). Спутников на небе много, они бывают довольно большими и летают пачками по несколько штук в минуту на небольшую площадь небесной сферы.

У знающих людей возникает вопрос: а откуда у обломка разгонного блока красное смещение z = 11? И действительно, на первый взгляд это весьма нелогично. Но если мы обратимся к классическому определению эффекта Доплера (да простят меня сейчас космологи), то увидим, что смещение пропорционально разности видимой и лабораторной длин волн. Если видимая длина волны измеряется непосредственно во время наблюдений, то лабораторная создается шаблоном в соответствующих условиях. Мы знаем из чего состоят галактики - из холодного нейтрального водорода H I и молекулярного водорода H2. НО! В эпоху реионизации состав галактик был немного другим, а потому и лабораторный спектр нужно измерять на другом эталоне! Например, квазары светят в CIII (углерод). Тут же в качестве эталона взяли как раз обычную для галактики смесь — нейтральный и дважды ионизированный водород, хотя на деле это мог быть и OII или OIII (дважды или трижды ионизированный кислород) или даже H-alpha. Оттого разность получилась настолько большой, что вышла из разряда доединичных значений, став смещением аж самого далекого обнаруженного на данный момент объекта.

Прим.: часть текста об эмиссионных линиях спектра из исследования [1] приводится в конце статьи перед библиографическим списком.

Все работы об GN-z11 опубликованы в уважаемых изданиях (Nature Astronomy, The Astrophysical Journal), где они смогли пройти строгое рецензирование. Потому результаты работы были пропущены к публикации. Является ли это халатностью редакции — неизвестно. Известно лишь то, что пока нельзя дать точного ответа на вопрос о том, что представляет из себя GN-z11. Какой бы исход этой истории ни был, уже сейчас понятно, насколько опасна проблема загрязнения космического пространства. Как я сказал, по этой причине регистрируется огромное количество ложных вспышек, на фоне которых действительные события могут быть проигнорированы. Проблема даже не в том, что мусора много, а в том, сколько на околоземной орбите находится незарегистрированных и неотслеживаемых объектов — и военных спутников, и случайных обломков (даже маленький кусочек фольги!). Хочется надеяться, что большинство объектов, обнаруженных на z > 10, действительно являются таковыми.

Приложение

Detection of emission lines. We first verify the detection of the UV continuum emission by stacking the 2D K-band spectrum along the wavelength direction. We detect a signal with a 5.1σ significance at the expected spatial position of the GN-z11 UV continuum (Fig. 1). We also see the standard negative-positive-negative pattern in Fig. 1b. In our ABBA observing mode, the separation between the A and B positions was 3", or ~16.7 pixels. The peak of the positive signal is roughly at x ~ 58 in Fig. 1b, so we expect to see two negative signals at x ~ 41 and 75, respectively. The negative signal at x ~ 41 is clearly seen. We can also see the negative signal at x ~ 75, although it is in a big trough that makes it less obvious. We search for emission lines in the K-band 2D spectrum and first identify a strong (5.3σ significance) line emission feature at about 22823 Å. Meanwhile, we detect a weaker (2.6σ significance), nearby line at 22797 Å. This pair of lines can be explained as the [C III] l1907, C III] l1909 doublet at z = 10.957. We would not have claimed a 2.6σ line as a detection if this line does not form a [C III], C III] doublet that is commonly seen at high redshift. We then search for >3σ lines that are associated with this redshift, and detect a line (3.3σ) at ~19922 Å that is consistent with O III] l1666 (Extended Data Fig. 3). We do not detect any other lines in the spectrum at greater than 3σ significance. If the two weak detections of 3.3σ and 2.6σ are not considered, the strongest line with the 5.3σ detection can be explained as [C III] l1907 at z = 10.970 or C III] l1909 at z = 10.957. If this line is [C III] l1907 at z = 10.970, we would expect to detect C III] l1909 with significance of ≥ 3σ, because the largest flux ratio of [C III] l1907 to C III] l1909 is about 1.6 in regular environments. Since we did not detect the expected C III] l1909 emission, the 5.3σ line is not likely [C III] l1907. Therefore, we interpret the line pair at 22797 and 22823 Å as the [C III] l1907, C III] l1909 doublet and the line at 19922 Å as O III] l1666 at z = 10.957.

— Jiang et al., arXiv.org: 2012.06936.

Библиографический список

[1] Evidence for GN-z11 as a luminous galaxy at redshift 10.957 / Linhua Jiang, Nobunari Kashikawa, Shu Wang et al. // Nature Astronomy. –– 2020. –– Dec. –– Vol. 5, no. 3. ––P. 256–261. –– Access mode: http://dx.doi.org/10.1038/s41550-020-01275-y;

[2] Michalowski Micha l J., Kami ́nski Krzysztof, Kami ́nska Monika K., Wnuk Edwin. GN-z11-flash was a signal from a man-made satellite not a gamma-ray burst at redshift 11. –– 2021. ––2102.13164;

[3] Nir Guy, Ofek Eran O., Gal-Yam Avishay. The GN-z11-Flash Event Can be a SatelliteGlint. –– 2021. –– 2102.04466;

[4] A remarkably luminous galaxy at z = 11.1 measured with Hubble Space Telescope grismspectroscopy / P. A. Oesch, G. Brammer, P. G. van Dokkum et al. // The AstrophysicalJournal. –– 2016. –– Mar. –– Vol. 819, no. 2. –– P. 129. –– Access mode: http://dx.doi.org/10.3847/0004-637X/819/2/129.

— из статьи Константина Циолковского «Исследование мировых пространств реактивными приборами», 1911—1912

История показывает, что человека всегда тянуло к небу. Им одолевает любопытство познания, путь по тропам проложенным и прокладываемым. В сегодняшней истории я проведу вас по одной из таких троп — тропе, по которой когда-то мечтал пройти каждый советский мальчишка, и проложить которую удалось лишь путем упорства и усилия всего человечества.

Истоки

Конец девятнадцатого века. Константин Эдуардович Циолковский, в будущем великий ученый-самоучка, пионер космизма, разрабатывает концепцию "многоступенчатого космического поезда" — прототипа современной ракетной системы, выводящей полезную нагрузку в космическое пространство путем реактивной тяги. Такая ракета состояла из нескольких ступеней одинакового размера и подробно была описана в одноименной книге в 1929 году.

Константин Циолковский, кстати, был отличным изобретателем — помимо его теоретических и философских изысканий, в качестве наследия от него остались самолет, дирижабль, аэродинамическая труба, шасси, транспорт на воздушной подушке и космический лифт. Вдобавок, еще за 80 лет до высадки человека на Луну, он сумел очень точно описать лунный пейзаж — эти описания в будущем помогли Стенли Кубрику создать реалистичные эпизоды с Луной в Космической Одиссее 2001 года.

Одноступенчатые ракеты

Несмотря на популярность идеи применения ракет для освоения космоса, в начале двадцатого века они применялись только в военной сфере. Так, в I МВ твердотопливные одноступенчатые ракеты использовали в авиации — выглядели они комично, как фейерверки. Их эффективность также была под вопросом.

После поражения в Первой мировой войне Версальским договором Германии был выдвинут ряд требований: помимо бесчисленных репараций она была обязана прекратить разработку и производство ракет. Соблюдение этого правила продолжалось до 1932 года, пока ко власти не пришла партия НСДАП во главе с А. Гитлером, начавшим кампанию по подготовке к "реваншу", одним из планов которой было использование баллистических ракет.

Орудие возмездия

К 1942 году немецким ракетостроителем Вернером фон Брауном была создана серия ракет под общим названием A (от нем. Aggregat), старшая версия которой, A-4, носившей также имя Vergeltungswaffe-2 (от нем. «Орудие возмездия», Фау-2) стала первой баллистической ракетой дальнего действия. Топливом для нее служили этиловый спирт и жидкий кислород, управлялась она дистанционно и способна была достать практически любую точку Европы. В 1944 году, по заклинанию Гитлера, более четырех тысяч ракет упало на Лондон и ее окрестности. Кстати, в 1942 году Фрэнк и Изабел Хокинги, родители Стивена Хокинга, переехали в Оксфорд, так как опасались грядущих бомбардировок.

Вот как говорил о Фау-2 министр вооружения Третьего рейха Альберт Шпеер в своей книге «Третий рейх изнутри»:

Нелепая затея. В 1944 году в течение нескольких месяцев армады вражеских бомбардировщиков сбрасывали в среднем по 300 тонн бомб в день, а Гитлер мог бы обрушить на Англию три десятка ракет общей мощностью 24 тонны в сутки, что является эквивалентом бомбовой нагрузки всего лишь дюжины «Летающих крепостей» (Boeing B-17 Flying Fortress — американский тяжелый четырехмоторный бомбардировщик — прим. автора). Я не только согласился с этим решением Гитлера, но и поддержал его, совершив одну из серьёзнейших своих ошибок. Гораздо продуктивнее было бы сосредоточить наши усилия на производстве оборонительных ракет «земля-воздух». Такая ракета была разработана ещё в 1942 году под кодовым именем «Вассерфаль» (зенитная управляемая ракета германского производства — прим. автора).

Поскольку мы впоследствии выпускали по девятьсот больших наступательных ракет каждый месяц, то вполне могли бы производить ежемесячно несколько тысяч этих меньших по размерам и стоимости ракет. Я и сейчас думаю, что с помощью этих ракет в сочетании с реактивными истребителями мы с весны 1944 года успешно защищали бы нашу промышленность от вражеских бомбардировок, но Гитлер, «одержимый жаждой мести, решил использовать новые ракеты для обстрела Англии».

Иронично, что человек, пострадавших от Фау-2, больше было не в странах-противниках Германии, а в Бельгии — 16 декабря 1944 года одна из таких упала на кинотеатр в Антверпене. Погибло 567 человек, пострадало более тысячи. В итоге, какой бы эта ракета не казалась потешной ни по тем, ни по сегодняшним меркам, она была действительно впечатляющей в плане летательного аппарата.

Разрабатывались также версии многоступенчатых ракет A-9/A-10, которые в теории могли достать и США, но ни действующих ракет, ни макетов сделано так и не было по причине поражения Германии в войне. Зато остались не только наработки, но и специалисты, например, в виде фон Брауна.

Вернер фон Браун (1912-1977) — германский и американский конструктор космической техники. Штурнбаннфюрер СС, потомок фрайхерров (баронов). В 12 лет, вдохновившись рекордом Макса Валье, совершенного на автомобиле на реактивной тяге, взорвал игрушечный автомобиль, обклеенный петардами. Занимался музыкой, но с подросткового возраста был заинтересован в небе — в 14 лет мать подарила ему телескоп. В 1932 году окончил Берлинскую высшую техническую школу, где был членом Общества космических путешествий. В 1930-м году во время лекции Огюста Пикара о полете в стратосферу он сказал: «Знаете, я планирую когда-нибудь отправиться в полёт на Луну». После поражения Германии в 1945 году был передан США в качестве разработчика аппаратов на базе его собственной Фау-2. Впоследствии он стал генеральным конструктором НАСА, во главе его сконструированы РН Сатурн-5, Лунный модуль и корабль Аполлон, отправившие человека на Луну, а также космические челноки "Space Shuttle".

24 октября 1946 года в ходе испытаний ракета Фау-2 была запущена в космос — она пересекла линию Кармана, достигнув отметки высоты в 106 км, тем самым став первым рукотворным телом, совершившим суборбитальный полет. Действо было снято на 35-мм пленку.

Наследие Фау-2

Трофеи раздавались странам-победительницам. От СССР их изучал Сергей Павлович Королев, который прилетел в Берлин 8 сентября 1945 года. Созданная им группа "Выстрел" занималась изучением техники предстартовой подготовки ракет, наземного заправочного и пускового оборудования, техники прицеливания, расчета полетного задания, инструкций для личного состава огневых расчетов и необходимой документации. Его команда также участвовала в показательных пусках Фау-2 в Гамбурге. В 1946 году под его руководством был создан советский институт Нордхаузен, где велись исследования Фау-2 и создание новых ракет на ее основе. Позднее, в 1947 году в соответствии с постановлением о развитии ракетостроения в СССР в подмосковном Калининграде (ныне — Королеве) был создан НИИ-88.

Сергей Павлович Королев (1907-1966) — генеральный конструктор ракетно-космических систем. В 1911 году в Нежин, город, где тогда жил Королев, приехал Сергей Исаевич Уточкин, где тот проводил авиашоу, чем поразил будущего конструктора. В 1929 году окончил Московское высшее техническое училище им. Баумана со званием "пилот-паритель" и защитил дипломную работу — самолет СК-4 (кстати, его научным руководителем был сам А.Н. Туполев). С 1931 года совместно с Ф.А. Цандером начал разработку серии жидкостных баллистических ракет ГИРД. В 1938 году был арестован за причастность к троцкистской организации и включен в расстрельную категорию списка лиц, подлежащих суду ВКВС СССР. В 1939 году дело было пересмотрено и Королеву смягчили срок до 8 лет ИТЛ. Был на Колыме. С 1940 года под руководством А.Н. Туполева принимал участие в создании бомбардировщиков Пе-2 и Ту-2, с 1942 года вел работы над ракетными двигателями. Был освобожден в 1944 году и реабилитирован в 1957.

В НИИ-88 проводились испытания A-4 и создавалась новая ракета Р-1. За 1948 год произведено более десяти запусков этой ракеты. Она была принята на вооружение СССР в 1950 году. К 1957 году создается Р-7, с помощью которой в космос запускается первое рукотворное тело — Спутник-1.

«Он был мал, этот самый первый искусственный спутник нашей старой планеты, но его звонкие позывные разнеслись по всем материкам и среди всех народов как воплощение дерзновенной мечты человечества.»

— С.П. Королев о Спутнике-1

Кто?

Конец пятидесятых ознаменован стремительным развитием космической программы СССР. Начата космическая гонка, в небе пропадают животные, планета обрастает спутниками. Настала очередь человека.

«Для такого дела лучше всего подготовлены летчики. И в первую очередь летчики реактивной истребительной авиации. Летчик-истребитель - это и есть требуемый универсал. Он летает на одноместном скоростном самолете. Он и пилот, и штурман, и связист, и бортинженер.»

— С.П. Королев о выборе летчика для первого испытательного полета

В августе 1959 года начинается набор в команду "Группа ВВС №1", в ходе которой от первоначальных трех с половиной тысяч кандидатов осталось всего лишь 347. Критерии летчика были строгими и обусловленными габаритами и предельной полезной нагрузки корабля: возраст не более 30 лет, рост до 170 сантиметров и вес до 70 килограммов. Из оставшихся 10% дополнительно отобрали лишь 20 человек, начавших предполетную подготовку. Все — асы, молодые крепыши, многие из них в будущем крепко связали судьбу с небом. Одним из этих людей был и главный герой сегодняшнего рассказа — Ю.А. Гагарин.

Юрий Алексеевич Гагарин (1934-1968) — военный летчик 1-го класса. С семи до девяти лет (1941-1943 гг.) его деревня Клушино находилась в оккупации. В 1951 году окончил Люберецкое ремесленное училище по специальности формовщик-литейщик. В том же году поступил в Саратовский индустриальный техникум, а в 1954 году вступил в Саратовский аэроклуб ДОСААФ, где до призыва в армию успел налетать 42 часа 23 минуты на самолете Як-18. В 1955 году был призван в Советскую армию в Первое военное авиационное училище им. Ворошилова, которое окончил с отличием уже через два года. К 1959 году, после службы в ВВС Северного флота, он налетал 265 часов на МиГ-15 и имел квалификацию военного летчика 3-го класса и звание старшего лейтенанта.

В начале 1960 года была организована подготовка космонавтов. Кандидаты представляли собой летчиков-истребителей с опытом перегрузок, перепадов давления и стрессовых ситуаций. Исходя из положительной характеристики, Гагарин прошел еще один отбор, после которого из претендентов осталось всего шесть человек: Юрий Гагарин, Герман Титов, Григорий Нелюбов, Андриян Николаев, Павел Попович и Валерий Быковский. Космонавты готовились в Звездном городке неподалеку от Москвы. Их тренировками руководил летчик-испытатель М.Л. Галлай, который каждую "репетицию" полета начинал со слова "Поехали!".

Вообще тренировки и занятия у космонавтов были интересными: прыжки с парашютом, физкультура, тренировки по кратковременной невесомости в МиГ-15УТИ, теоретические занятия по основам высшей математики, небесной механики и механики твердого тела, астрономии и геофизики, медицины и биологии, дисциплины по ракетно-космической технике и киносъемке.

Решение об отправке человека в апреле 1961 года было окончательным. Еще в начале года было проведено два успешных запуска манекена Ивана Ивановича, собак Чернушка и Звездочка в космос. Королев опасался того, что американцы обгонят Советский Союз в гонке — по полученным для него данным старт намечался на 20 апреля. В апреле еще четыре кандидата были отсеяны — остался Герман Титов и Юрий Гагарин. Решение о том, кто будет дублером, а кто — пилотом, было принято только 8 апреля. 10 апреля его огласили Титову и Гагарину — всего за день до полета!

Многих смущает тот факт, что первым космонавтом был выбран именно Гагарин, а не Титов. По словам очевидцев, у Титова были уникальные лидерские качества и выносливость. Он также идеально подходил под первичные требования комиссии: рост, вес, возраст и состояние здоровья. Уровень его теоретических знаний был настолько высок, что его замечания по модернизации "Востока-1" учитывались при конструировании. Причин, почему Гагарина выбрали вместо Титова, несколько — как точно правдивых, так и вероятно ложных:

• У Юрия Гагарина были созвучные имя-фамилия и славянская внешность. Титов был родом с Алтая.
• Судьба первого космонавта была неясна, потому более подготовленного Титова "приберегли". Как показала практика, все космонавты из выборки налетали в космосе больше часов, чем Гагарин.
• Когда Королев решил побеседовать с космонавтами после очередной тренировки, один лишь Гагарин честно признался в том, что центрифуга ему не нравится. Все остальные говорили, что переживают ее отлично. Конструктор воспринял это признание, как способ правдиво и точно описать состояние человека в космическом пространстве.

Поехали!

В день запуска Гагарин проснулся в 5:30, позавтракал мясным пюре, кофе и вареньем. Космонавту провели медосмотр, одели в скафандр и повезли на стартовую площадку на автобусе — ехать нужно было 20 километров. Еще за несколько дней до этого Юрий Алексеевич написал письмо своей жене и детям, которое они прочли бы после его смерти (письмо было вскрыто позднее, в 1968 году) — в нем космонавт просил жену устроить личную жизнь и растить дочерей. Но в момент поездки до стартовой площадки произошло очень короткое заседание Государственной комиссии, в ходе которого были сказаны два слова: «Всё готово». После заседания космонавту №1 было подписано полетное задание.

Гагарин вышел из автобуса — всех охватило волнение. Некоторые работники космодрома даже попросили у него автографы — Гагарина никогда об этом не просили и потому он очень удивился. Вышел и Королев — на вид он был уставшим. После непродолжительных объятий Космонавта посадили в капсулу. Он обнял руки провожающих и скрылся в кабине космического корабля.

В ходе предполетной подготовки была обнаружена серьезная неисправность — люк №1 был закрыт неплотно. Об этом Сергей Королев доложил экипажу. Волнение космонавта нарастало. Пока О.Г. Ивановский, ведущий конструктор корабля "Восток", крутил гайки и поправлял контакт, Королев смог уболтать Гагарина на пустяковые темы. Это удалось ему настолько, что в определенный момент Гагарину было сказано:

— Ну все, доброго полета!
— А, да? Поехали!

Предполетный период и сам полет сопровождались слушанием музыки по радио и насвистыванием "Родина слышит, Родина знает". В ходе полета также проводилось большое количество примитивных опытов, например, употребление пищи и воды, взаимодействие с окружающими предметами в невесомости. Интересно, но многие полагали, что человек в состоянии долгой невесомости сойдет с ума, потому все управление кораблем было заблокировано — для его разблокировки требовался код, находящийся в конверте. Считалось, что сошедший с ума человек не прочтет это код (кстати, код был "125"). На борту также была еще одна интересная штука — радиоприемник на "ядерной батарейке". Все вещание происходило через электронику, и, вероятно, этот аппарат требовался в случае ее отказа — космонавт бы смог получать инструкции в одну сторону от ЦУП'а. При худшем раскладе космонавт снабжался музыкой на десятилетия космического дрейфа.

Без происшествий не обошлось и при посадке. Для входа в атмосферу корабль повернулся обратно направлению движения и дал газ, после чего третья ступень должна была отделиться, чтобы обеспечить безопасное вхождение корабля. Но этого не произошло — последняя ступень отделилась позднее запланированного времени, что привело к небольшой потери ориентации, которая вернулась при преодолении плотных слоев атмосферы. Когда за иллюминатором Гагарин увидел пламени огня, то сказал:

— Я горю! Прощайте, товарищи!

Такие слова официально подтверждены, но сильно никем не оглашаются. Никакой проблемы в этом происшествии нет — просто космонавт не ожидал настолько сильного эффекта трения об атмосферу. Сейчас нам известно, что обгорание изоляционной обшивки представляется нормальной практикой. В ходе торможения Гагарин испытал перегрузку в 9G, затем сработало табло "катапультирование", после чего космонавт вылетел из капсулы через форточку подобно летчику-истребителю.

Обратно на Родину!

В небе над саратовской степью виднелось три объекта: капсула, кресло и человек в ярко-оранжевом костюме — все мягко спускались под огромными парашютами. К космонавту в шлеме с надписью "СССР", нанесенной прямо перед запуском для того, чтобы Гагарина не определили как американского летчика сбитого самолета-разведчика, подбежали колхозники, и, не поверите, потребовали документы. Гагарин достал удостоверение летчика-космонавта СССР — всеобщее ликование! Команда поиска подъехала быстро — дольше она пыталась забрать счастливого Гагарина из объятий колхозников. Перед полетом до Байконура Гагарин прошел быстрый медосмотр, после чего ТАСС запустило новость о первом успешном пилотируемом полете человека в космическом пространстве и "об удачном приземлении гражданина Юрия Алексеевича Гагарина на священную землю Страны Советов".

После еще одного медосмотра Гагарин полетел в Москву на огромном самолете в сопровождении семи истребителей. Во Внуково первого космонавта встречал весь мир. Спускаясь по трапу и идя по красной ковровой дорожке Гагарин то и дело поглядывал на свои новые погоны, ведь улетал он старшим лейтенантом, а прилетел — майором. Идя по дорожке навстречу толпе у него развязался шнурок — все глаза и объективы сразу обратили внимание на этот факт. Позднее Юрий Гагарин сказал об этом так:

— Видел, конечно, а что было делать? Сказать: "Подождите, пожалуйста!" и завязывать? Как-то неудобно было

После этого курьеза он подошел ко Хрущеву и оттарабанил как по бумажке — тот его прижал к себе и поцеловал. Далее поехали на машине по всему городу — вместе стояли Гагарин и его "космический отец" — Сергей Павлович Королев.

Вечером была конференция, в ходе которой один иностранный корреспондент задал космонавту вопрос:

— Господин Гагарин, какую сумму Вы получили за первый в истории пилотируемый космический полет?
— Я — офицер Советской армии, — спокойно отвечает ему Гагарин — у меня достаточно средств для существования, а честь для меня совершить первый космический полет важнее любых денег.

Вот так рабочий денек у парня выдался!

В довершение

Мой хороший друг, автор канала @goodhistorry высказал сакраментальную истину:

«Несколько месяцев назад я думал о том, вокруг какой исторической фигуры может консолидироваться все российское население, несмотря на его идеологические противоречия. Кто вызывал бы и у либералов, и у коммунистов, и у консерваторов эмоции достойной и важной для России исторической личности. Ответом для меня стал Юрий Алексеевич Гагарин, который для современного населения РФ стал символом того, каких высот может добиться наша Необъятная. 12 апреля 1961, наравне с 9 мая 1945 года был самым счастливым днем XX вв. для советских граждан, оставшимся большим и ярким воспоминанием этого непростого столетия»

Несмотря на конспирологические домыслы, гонку вооружений и идеологические полемики, общество всего мира пребывает в единстве перед этим Великим воспоминанием. В содействии со своей простотой, честностью и обаянием, Юрий Алексеевич Гагарин стал первым человеком, побывавшим за пределами нашей планеты.

Полет советского человека в космос — заслуга всего мира, от мала до велика, от Третьего Рейха до СССР. Порой нам стоит вспоминать, что только упорством и усилием, уважением друг ко другу и содействием мы достигли тех высот, которыми сегодня гордимся.

С днем космонавтики, земляне!

История

Еще до нашей эры Анаксимен предполагал, что звезды рождаются из сгущения разреженной материи, рассеянной в пространстве. Тихо Браге в конце 16-го века рассматривал звезду, как появившуюся из эфирного вещества Млечного Пути. Исаак Ньютон предполагал, что звезды представляют собой сгустки рассеянной материи. По сути, он и был первым человеком, который сделал верное и обоснованное предположение в отношении рождения звезд. Сейчас нам точно известно, что процесс звездообразования происходит под действием силы тяжести, и это – его заслуга.

«Если бы вещество было равномерно распределено по бесконечному пространству, оно никогда не могло бы объединиться в одну массу, но часть его сгущалась бы тут, а другая там, образуя бесконечное число огромных масс, разбросанных на огромных расстояниях друг от друга по всему этому пространству. Именно так могли образоваться и Солнце, и неподвижные звезды, если предположить, что вещество было светящимся по своей природе»

В 1733 году публикуется работа Жан-Жака Дорту де Мэрана «Физический и исторический трактат о северном сиянии», где впервые были выдвинуты правдивые предположения о природе туманностей. В свою очередь Кант, знакомый с данной работой, создал концепцию превращения туманностей в звезды и звездные системы. Первым человеком, который смог математически описать звездообразование, стал Джеймс Джинс, подопечный Джорджа Дарвина (сына Чарльза Дарвина) – он предположил следующее.

Формирование протозвезды

Холодное газопылевое облако, на 90% состоящее из водорода, на 10% из гелия и ок. 1% из межзвездной пыли, начинает фрагментироваться на небольшие облака (вспомним слова Ньютона), которые при определенной массе начинают сжиматься под действием силы тяжести (т.к. силы газового давления становятся слабее). Газ, температура которого составляет от 100 К до 1 000 000 К, начинает отдавать тепло из-за столкновения молекул с частицами пыли, в результате чего происходит практически изотермическое сжатие газа и возрастание действия магнитного поля будущей звезды. Создающийся сгусток облака диаметром несколько астрономических единиц со временем становится непрозрачен для излучения и на этом этапе он называется протозвездой, на ядро которого падает (аккрецирует) оставшийся в оболочке газ, что влечет за собой доступность его для наблюдения и рост массы ядра, изначально равного ок. 0,01 массы Солнца, а соответственно, и его светимости (ядро становится гидростатически равновесным). Интересно, что при определенном значении светимости излучение звезды рассеивает газовую оболочку в межзвездное пространство – а, как вы понимаете, на начальном этапе жизни звезда излучает очень много энергии, что сопоставимо с энергией излучения гигантов и сверхгигантов. Сжатие протозвезды продолжается, температура растет, а светимость – падает, т.к. уменьшается площадь излучающей поверхности. Сжатие останавливается на отметке температуры, соответствующей началу термоядерных реакций (примерно 2000 К), при которых внутреннее давление звезды начинает противодействовать внешнему давлению. На данном этапе протозвезда превращается в звезду и переходит в главную последовательность диаграммы Герцшпрунга-Рассела (см. рис). Сам Джинс писал об этом так:

"...для нас ясно, почему все звезды имеют очень сходный вес; это потому, что все они образованы одинаковым процессом. Они, пожалуй, похожи на фабричные изделия, сделанные одною и тою же машиной"

Его идея следовала из ньютоновских и кепплеровских законов и быстро обрела популярность. Она, конечно, не учитывала многих физических процессов, происходящих в звездах и межзвездной среде, но при этом, сумела дать общую картину природы звездообразования. Сегодняшняя теория звездообразования опирается на теорию Джинса и вышеперечисленная характеристика рождения звезд практически соответствует действительности. Теперь стоит подробнее разобраться с тем, где конкретно рождаются звезды, прежде чем перейти к звездному нуклеосинтезу и образованию планет.

Области звездообразования

Области звездообразования – массивные очаги газа и пыли, в которых образуется огромной количество светил. Уже сегодня астрономы научились хорошо определять, где существуют такие области, но для обывателя достаточно взглянуть на небо с биноклем и поискать яркие звезды – именно те массивные горячие звезды, образованные в туманностях, и выдающие свою колыбель. Ярким примером предлагаю быть туманности Орион (M42), в которой на данный момент обнаружено около 200 протозвезд и которая при определенных условиях видна даже невооруженным глазом: вблизи нее видны одни из самых ярких звезд земного неба, то есть Бетельгейзе, Беллатрикс, Саиф и Ригель, а также пояса Ориона, по которому можно легко найти туманность на небе. Сама туманность располагается в центре воображаемого треугольника, вершинами которого служат Саиф, Ригель и Альнилам – средняя звезда пояса Ориона. На 5 и 11 часов от M42 находятся северный и южный комплексы молекулярных облаков, являющихся скоплением холодного газа и активного очага рождения протозвезд.

При рассмотрении этого примера можно вывести некую закономерность, в которой области ионизованного водорода (очаги) группируются в комплексы размером до 500 пк. В галактике такие комплексы находятся около центра и в «звездном кольце» – для Млечного Пути это R = 3,5 кпк и R = 6,5 кпк соответственно (килопарсек = 3260 св. лет. По данным ИК-наблюдений около 75% звезд рождается в спиральных рукавах галактики, 15% - в пространстве между ними, 10% рождаются в области диаметром 1 кпк вокруг центра галактики. Это, кстати, не помешало нашему Солнцу родиться 8-10 кпк от центра Галактики – а ведь бывают звезды и подальше, и процесс их образования не отличается от того, что происходит в облаках вблизи центра галактики.

Протопланетный диск и образование планет

Очевидно, что появление планет является следствием формирования звезды. Вокруг звезды или протозвезды вращается сплюснутая область плотного газа, называемая протопланетный или околозвездным диском. Часть газа, находящегося в диске, падает на звезду, но основная часть, подчиняясь заповедям Джинса, начинает ферментироваться на маленькие плотные области, которые становятся планетами. Хоть их плотность зачастую и выше плотности звезды, масса протопланет слишком мала для начала зарождения звезды. Но бывают исключения – двойные системы, которых мы наблюдаем кучу, но об этом не сегодня. Протопланетный диск, как следует из логики, имеет разную плотность в центре и по периферии – из-за этого плотность планет у звезды будет больше, чем у удаленных, что мы и наблюдаем в нашей звездной системе. Вокруг планет также формируются небольшие диски, из которых затем рождаются луны. Оставшаяся часть околозвездной среды формируется в астероиды или остается в своем состоянии.

В следующей статье мы рассмотрим термоядерный синтез звезд и плавно перейдем к их эволюции. А пока рекомендую прочитать вот это:

https://www.astronomynotes.com/evolutn/s3.htm

http://www.astronet.ru/db/msg/1191111

— Стивен Хокинг

Популяризация науки — это распространение научных знаний в доступной форме для широкого круга лиц, то есть перевод знаний на язык широкого круга лиц. Несмотря на то, что текущий уровень пропаганды науки в современном мире находится на пике, его состояние в СНГ явно проигрывает другим странам. В этой отчасти личной статье я попытаюсь разобраться в проблемах популярной науки постсоветсткого пространства и предложить свои методы их устранения.

Цели

Для рассказчика, зрителя, государства или организации они разные, но, если выбирать основные, то ими будут следующие:

• Создание инновационного характера базового образования путем повышения грамотности населения, повышенной заинтересованности в новостях науки и научных публикациях, увеличения количества специалистов в той или иной области.
• Ограждение малоподготовленного слушателя от лженаук и любой формы эзотерического знания путем повышения его грамотности и ориентированности в мире науки
• Образование навыков применения академических знаний в опыте
• Демонстрации значимости науки в культуре и обществе

Способы

В прошлом агрегаторами научных идей были СМИ, журналы, конференции и лекции, но в эпоху интернет-технологий к ним присоединились цифровые издания, онлайн-лекции и курсы. Сейчас любой представитель общества может создать свой блог и начать вести образовательную политику, как это делаю, например, я. Также существует огромное количество платформ, где распространяются статьи, записи лекций и различные курсы по научным сферам по типу Астронета, ПостНауки и YouTube. Отсюда вытекают и проблемы.

Проблемы

Низкий уровень образованности

Разговор об образовании заслуживает отдельного повествования, но, как итог, многолетняя устоявшаяся система туго подстраивается под сменяемость трендов, а потому в основной массе дает сухие академические знания, вырабатывая синдром студента. Российское образование также не пропагандирует патриотизм и духовное развитие личности в традиционной форме, как это принято в странах первого мира; отчасти поэтому потенциально успешные специалисты, из которых могли бы выйти отличные лекторы, покидают страну, публикуя свои работы на иностранном языке, тем самым ограждаясь от широкого круга родной аудитории. Из-за этого школьнику или студенту приходится заниматься самообразованием, которое не всегда идет ему на пользу - в этом виновато большое количество фальсификаций, о чем следующий пункт.

Низкий уровень ответственности и поголовные фальсификации

По мере упрощения языка повествования некоторые подробности из рассказа приходится выбрасывать из-за чего смысл факта может искажаться — это неизбежно и об этом говорят сами авторы, прося слушателей обратиться к первоисточникам. Но бывают ситуации, когда фальсификация совершается автором:

а) умышленно, для получения собственной выгоды (например, на YouTube или в соц. сетях автором распространена практика умалчивания того или иного сведения для искажения содержания рассказа и положительной реакции аудитории)

б) по незнанию, что также плохо, ведь это показывает его некомпетентность в данном вопросе

Консервативность аудитории

Сто лет А.Эйнштейном была предложена новая теория взаимодействия тел в природе — сегодня она считается верхом человеческой мысли, хотя в свое время даже видные представители научного сообщества очень критиковали ее.

Бывают случаи, когда какая-либо статья по исследованию информирует широкий круг аудитории о совершенно новом результате или открытии, и читатель не воспринимает эту информацию всерьез, принимая авторов статьи или журнал, опубликовавший ее, некомпетентными. Все мы с предрассудками, и биологически скептично относимся к новой информации, в чем есть свои польза и вред.

СМИ и распространение научных мифов

В последнее десятилетие в информационном мире появилась мода на научные новости. Большинство СМИ пользуется этим, приправляя "томные и скучные" открытия яркими заголовками: и про исцеление от коронавируса, и про жизнь на Венере:

А вот мое любимое:

Как видите, даже я в свое время не был исключением. Такие заголовки еще в прошлом веке породили огромное количество научных мифов, например, про лунную фальсификацию, 10% производительность мозга или даже плоскую Землю. Кроме привирания фактов ради выгоды, издание может посадить редактора, не разбирающегося в вопросе, чтобы тот "слепил новость", как бывает нынче, потому фальсификации со стороны СМИ бывают и непредумышленными.

Незаинтересованность авторов

Как оказалось, многие российские исследователи даже не рассматривают вариант подачи своей работы в топовые или иностранные журналы (всего около 5% всех российских статей публикуется в иностранных изданиях; для сравнения: в США - 12%, в Германии - 19%). Многие авторы также получают ограниченные бюджеты для проведения исследований, оттого российской науке рассказать нечего (это также больше проблема науки). Что касается "новичков", то в некоторые доступные для их уровня журналы требуется оплатить публикацию. С этим столкнулся и я, рассматривая журнал "Молодой ученый" для подачи заявки на публикацию своей статьи, и узнав, что денежная сумма для выпуска статьи составит 1200 рублей за 7 страниц! А теперь представьте себе работу на 20-40 страниц. Или ситуация с организацией лекций или других научных мероприятий, особенно в коронакризисное время: по моим подсчетам, проведение двухчасовой лекции в нашем городе обойдется арендой лофта и рекламой, на что придется потратить 5-7 тысяч рублей. Из-за этого количество популярных рассказчиков очень низко, и многим потенциально хорошим лекторам не удается проявить свой талант. Благо, в последнее время начинает появляться большое количество фондов и благотворительных организаций, а также площадки типа Patreon, но для их привлечения требуется из себя что-то представлять, потому ранний старт очень тяжел.

Что делать

Я считаю, что основная проблема заключена в неорганизованности государственных структур, отвечающих за образование и науку в нашей стране. Нам нужно стремиться к такой системе образования, которая на выходе давала бы людей, интересующихся чем-либо, будь-то будущий геодезист, занимающийся наукой, публикующий статьи и слушающий лекции или менеджер торговой сети, разбирающийся в вопросах психологии и бухгалтерии. Дело в том, что популярная наука способна предоставить образовательный материал для человека любой специальности: даже для дворника или профессора космологии. Прививаемая любовь к знаниям повышает эрудированность, обучает применять академические знания на практике и в общем повышает уровень занятости и уровень жизни.

Интересующаяся аудитория будет расти, а следовательно, у авторов станет больше читателей, появится возможность финансовой поддержки и желание пропагандировать научные идеи и дальше, искоренятся кричащие заголовки и научные мифы, т.к. умные люди перестанут воспринимать их всерьез. А вот научные открытия наоборот начнут обсуждать и уважать, что также привлечет финансовую поддержку для исследователей.

В этой статье я хотел выразить свое видение современной популярной науки и перечислить те немногочисленные, но весомые проблемы, что у нее есть. В нашей стране действительно огромное количество талантливых людей, которых стоит слушать и поддерживать. А пока прошу обращать внимание на хорошие источники: например, на Астронет, Академию Хана и центр АРХЭ.

Советую на эту тему прочитать статью на Хабре: Популяризация науки: лекции российских ученых

Учитесь, друзья!
Благодарю.

Эффект Доплера и начало спектрометрии

Анна Каренина слышит звук камертона и с удивлением понимает, что вместо ноты «ля» второй октавы звучит нота «си». Приближается поезд или удаляется? С какой скоростью?

- Задача Ф1811, Кванта, 2002

Два века назад такую задачу бы и не решили вовсе, хотя вопросом о том, почему звук движущегося к наблюдателю объекта выше, чем удаляющегося, задавались очень давно. Ответ сумел найти Кристиан Доплер, который в 1842 году предположил, что приближение источника света к наблюдателю увеличивает наблюдаемую частоту, а отдаление --- уменьшает. Как это работает?

Рассмотрим систему, состоящую из двух источников: подвижного и движущегося со скоростью u = 5 м/c. Пусть скорость излучения в этой системе будет равна c = 10 м/с. Какой будет картина через 1, 2, 3 секунды?

На иллюстрациях видно, как волна радиально удаляется от места излучения. При условии движущегося источника гребни света концентрируются в одной области и "разбавляются" в другой, когда у неподвижного источника расстояние между гребнями остается постоянным и равным cT. В случае движимого источника расстояние составляет 2/3cT и 1/3cT соответственно.

Рассмотрим еще один пример, но на сей раз с волной. Условия те же:

Как в предыдущем примере, при движущемся источнике расстояние между гребнями будет вдвое больше, чем у волны от неподвижного, т.к. скорость источника составляет половину от световой:

Частота регистрируемой волны в таком случае составит:

Само красное смещение равно:

Впервые открывший это явление ученый Кристиан Доплер 25 мая 1842 года выступил с докладом  «О цветах двойных звезд», на котором присутствовало всего пять человек. Доплер на примере вращения двух звезд в системе продемонстрировал свое открытие, добавив, что его теория распространяется на любой вид волн.

«Мы знаем из опыта, что достаточно глубоко сидящий корабль, который идёт навстречу волнам, за то же самое время принимает больше волн и с большей интенсивностью по сравнению с кораблём, который неподвижен или идёт в направлении волн. Если это справедливо для волн на воде, то почему это не применимо с необходимыми изменениями для волн в воздухе или эфире?»

- Кристиан Доплер

Эффект Доплера встретил критику, ведь проверить его было трудно. В 1845 году Христофор Бойс-Баллот получил от голландского правительства локомотив на железной дороге по пути в Амстердам. На машине, развивавшей до 70 км/ч, была расположена платформа с музыкантами, которых слушала группа наблюдателей. Проводился также опыт с движущимися наблюдателями и стоящими на земле играющими музыкантами. Итогом стало подтверждение эффекта Доплера - при сближении локомотива издаваемые ноты воспринимались на полтона выше, а при удалении - на полтона ниже.

В 1859 году Кирхгоф и Бунзер открыли спектральный анализ, показавший, что каждый химический элемент характеризуется линейчатым спектром. В 1868 году Хеггинс определил примерную скорость удаления Сириуса от Земли, измерив смещение линий водорода.

Убегающее небо

В обсерватории Лоуэлла Весто Слайфер, еще будучи выпускником Индианского университета, изучал спектры планет и выращивал кабачки. За несколько лет ему удалось измерить скорости Венеры, Марса, Юпитера, Урана и Сатурна. В 1912 году астроном получил спектр туманности Андромеды, что далось ему очень нелегко. Расчеты дали показание приближения M31 на 300 км/с в сторону нас, потому Слайфер пришел к выводу, что туманность находится вне границ Млечного Пути, так как столь тяжелые и быстрые объекты просто не способны держаться в его гравитационном поле. К 1923 году была исследована 41 галактика: лишь единицы из них приближались к нам. По мнению Артура Эддингтона красное смещение галактик можно было связать с космологической теорией Уиллема де Ситтера, которая подразумевала динамическую вселенную с разбегающимися друг от друга объектами. Потребовалось всего три года, чтобы доказать это, чем занялся Эдвин Хаббл.

Различие эффекта Доплера и космологического смещения

Вспомним эту формулу:

Хаббл связал свое v=Hd с ней и получил зависимость для малых z, где v<c:

Для космологических масштабов это тождество неверно, потому, прибегнув к вспомогательным членам выражения, выведем новое тождество для больших расстояний. Рассмотрим систему координат с наблюдателем и источником, находящимися на расстоянии r друг от друга (r=const измеряется в делениях). Расстояние между делениями в расширяющейся вселенной растет и его динамика определяется коэффициентом a(t), который называют масштабным фактором. С учетом времени путешествия фотона расстояние между источниками будет составлять:

Чтобы легче представить, что такое сопутствующий фактор, рассмотрим источник, испустивший волну с длиной λ. Если наблюдатель примет ее с длиной 2λ, то это значит, что деление координатной сетки выросло вдвое (сопутствующее расстояние остается прежним). Проще говоря, масштабный фактор пропорционален длине волны и обратно пропорционален ее частоте:

Из пропорциональности следует следующее тождество:

Также требуется подключить космологические параметры, потому уравнение для больших масштабов будет выглядеть так:

Стоит обратить внимание на то, что эффект Доплера и космологическое красное смещение похожи, но имеют разную природу. Первый локален, потому для разных наблюдателей результаты будут отличаться. В случае космологического красного смещения результат для всех наблюдателей будет одинаков, так как в расширяющейся вселенной все галактики удаляются друг от друга.

Почему свет растягивается? Вопрос нетрудный. Быстрая волна света малоподвержена гравитации, потому во время длительных вояжей она, подобно пространству, также начинает растягиваться. С гравизависимыми объектами типа галактических скоплений и звездных систем такого не происходит, так как сила расширения не превозмогает гравитационные силы. Вообще рекомендую прочесть свою предыдущую статью про расширяющуюся вселенную, где я подробно рассматриваю поведение света на космологических масштабах и связываю красное смещение с расстояниями.

Список литературы:

Постнов, К.А. 11.1 Распространение света. Красное смещение / К.А. Постнов // Лекции по Общей Астрофизике для Физиков. - Москва, 2001. - С. 208-217

Кологривов, В.Н. Эффект Доплера в классической физике. Учебно-методическое пособие по курсу Общая физика / В.Н. Кологривов. - Москва: МФТИ, 2012. - 32 с.

Горькавый Н. Сказка об астрономе Слайфере, который открыл разбегание Вселенной / Н. Горькавый - Текст: электронный // Наука и жизнь: Научно-популярная библиотека. - 2011 - № 4. - URL: https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/431314 (дата обращения: 08.02.2021)

Серёдкин, И.С. «И все-таки она расширяется!» — продвинутая динамика вселенной / И.С. Серёдкин - Текст: электронный // Вселенная Айлашкерского: Интернет-портал. - 2021 - № 2. - URL: https://drive.google.com/file/d/1KOD_wKbQyz9KomoFY-I6GbsjXNirna79/view

Введение

Не так давно человечество стало свидетелем галактического многообразия во Вселенной. На рис. 1 изображено экстремально глубокое поле Хаббла (XDF, arXiv: 1305.1931), где тысячи древнейших галактик умещаются в маленький кусочек небесного купола. Если следить за картиной миллионы лет, то станет заметно движение и уменьшение галактик, что и будет очевидным последствием расширения Вселенной. Для того, чтобы доказать расширение, Эдвину Хабблу хватило человеческой жизни — он исследовал красные смещения близких галактик и светимости ярких звезд в них и смог определить линейную зависимость между расстоянием до галактики и скоростью ее удаления.

Дело Хаббла с развитием оптики открыло виды на структуры, соответствующие 6-10 млрд лет после БВ — это были сверхскопления галактик размером в миллиарды парсек, соединенные филаментами (нитями). Моделирование Вселенной (рис. 2) на больших масштабах подтвердило повсеместность этих структур («Evolution of the cosmic web», DOI: 10.1093), от чего напрашивается вывод: мы видим далекое прошлое. Если сравнивать галактики из хаббловского потока с галактиками на z>1, то станет заметно, что далекие галактики выглядят недоразвитыми в сравнении с современными: они иррегулярны, малы в размерах и редко имеют спутники.

Для удобства интерпретации существует надувной шар с нарисованными галактиками на его поверхности (рис. 3), расстояние между которыми растет. Аналогия показывает нам Вселенную извне, «Вглядом Бога», когда уместнее ее продемонстрировать «Вглядом наблюдателя». В этой статье я постараюсь объяснить поведение вселенной через «Вгляд наблюдателя».

О центре расширения

Все галактики удаляются нас, соблюдая линейный закон Хаббла. В любой ли точке Вселенной мы будем наблюдать такую картину? Научное сообщество не может дать точного ответа, но все имеющиеся данные указывают на то, что вероятность совпадения положения Солнечной системы с центром Вселенной очень низок: а) если теория Большого взрыва верна, то у Вселенной не может быть центра по определению; б) если теория Большого взрыва неверна, то взрывоподобный сценарий появления Вселенной подразумевает разность плотностей в центре взрыва и по периферии, чего не наблюдается на масштабе 100-300 Мпк; в) существование реликтового излучения дополняет пункт (а). Вопрос о центре расширения заслуживает отдельного внимания, и будет рассмотрен наукой тогда, когда появится основательная база для обоснования его верности (Прим.: об этой теме существует научно-популярный материал Итана Сигла).

Виды расстояний в космологии

Для объективного понимания динамики вселенной предлагаю ознакомиться с определениями расстояний и скорости. Важно понимать, что ограниченная скорость распространения информации принуждает нас рассматривать удаленность тел не только в пространстве, но и во времени, о чем гласит ОТО. Понятия расстояния и скорости в космологии рассматривается с точки зрения наблюдателя и с точки зрения так называемого «бога». В бытовых условиях расстояния возможно измерить с помощью интуитивных методов: мы можем определить расстояние до объекта с помощью тригонометрии, если знаем его истинные размеры или оценить дистанцию до лампочки в 9 ватт, если для нас она светит в девять раз слабее. В космологии линейкой не померить ни расстояний пространственных, ни расстояний временных, потому нет единого определения космологического расстояния. Для удобства создано несколько расстояний, с которыми мы будем работать.

Сопутствующее расстояние Dc и масштабный фактор a(t)

Представим, что за каждым объектом закреплены координаты, как на Земле, и что существует координатная сетка (рис.4). Эта сетка будет пропорционально расширяться со вселенной, то есть так, что галактика всегда будет оставаться при своих координатах. Меру расстояния, определяющего промежуток между координатами галактик, называют сопутствующим расстоянием (comoving distance, "co"+"move" намекают на этимологию).

Соответственно, действительное расстояние между объектами выросло вдвое и сама вселенная расширилась также вдвое.

Угловое расстояние Da

На примере с XDF и медленно уменьшаюсимися галактиками понятно, что удалению галактики соответствует уменьшение ее углового размера — отсюда и определение углового расстояния Da, соответствующему действительному расстоянию d в момент излучения. Например, если галактика, находящаяся на расстоянии 10 Мпк, имеет угловой размер 1 град, то в 1 Гпк он будет составлять 0.001 град. Если мы знаем размер объекта, то нам нетрудно определить расстояние до него (наврал о том, что в космологии все трудно). Интересно, что зависимость углового расстояния от действительного нелинейная (рис.5) — то следует из динамики Вселенной в прошлом: какое-то время она расширялась замедленно, затем ускоренно, потому галактики, смещение которых соответствует возрасту Вселенной в период замедленного расширения, будут казаться больше в сравнении с более молодыми галактиками, не заставшими такую Вселенную. Объекты с постоянным размером называют «стандартными линейками», с помощью которых можно точно определять расстояния во вселенной.

Фотометрическое расстояние Dl

Фотометрическое расстояние похоже на угловое — если нам известна светимость объекта, можно определить расстояние до него (см. пример с лампочкой). Объекты с постоянной пиковой светимостью называют «стандартными свечами» по аналогии с предыдущим примером. С помощью свечей Эдвин Хаббл нашел линейную зависимость между скоростью и расстоянием до галактики, а две группы ученых в 1998 году - факт ускоренного расширения Вселенной.

Связь красного смещения z и масштабного фактора a(z)

Красное смещение электромагнитной волны и увеличение ее периода — косвенные признаки, которые волна приобретает при движении через расширяющуюся Вселенную, то есть существует отличие между доплеровским красным смещением и космологическим красным смещением:

Для расширяющейся Вселенной, где скорость скорость изменения масштабного фактора непостоянна, верно выражение:

Для связи параметра Хаббла H0 и суммарной плотности вселенной Ω‎0 используется формула:

Заметим, что преобразование этой формулы в формулу ниже приведет нас к тому, что для ускоряющейся вселенной расти будет числитель (рост z), а для расширяющейся замедленно — знаменатель (z будет все меньше и меньше):

Теперь попробуем применить знание эволюции масштабного фактора в измерении расстояний. Для этого введем r1=const как сопутствующую координату объекта. Тогда угловое расстояние будет вычисляться по формуле:

Приняв D за собственный размер источника, его угловой размер будет равен:

Фотометрическое расстояние определяется по формуле:

Преобразовав, получим следующее:

Пара нюансов...

В кругах популярной космологии ходят слухи о том, что сверхсветового разбегания галактик не существует, дескать ОТО не предусматривает движения тел с такими скоростями. Это не так. Теория относительности рассматривает собственное движение в пространстве – в случае расширения же расширяется как бы само пространство (считай, растягивается пустота). Существует специальный термин: хаббловское расстояние, дальше которого галактики для наблюдателя будут убегать со сверхсветовой скоростью. Соответственно, мы также можем наблюдать эти галактики! По логике свет сносится волной сверхсветового расширения, как ребенок, бегущий в противоход траволатору назад, но на самом деле сфера Хаббла (область, радиус которой равен хаббловскому расстоянию) по мере расширения Вселенной также увеличивается в размерах, потому однажды она настигает фотон и он преодолевает «волну» расширения, направляясь в сторону наблюдателя. Поскольку пространство расширяется именно так, то существует определенная область, доступная для наших наблюдений в ту пору, когда остальная Вселенная остается невидимой – Метагалактика (световой конус, рис.6). Ее область, как ясно из ранее высказанного, увеличивается (Сверхсветовое разбегание галактик и горизонты Вселенной: путаница в тонкостях, Сергей Попов).

Доплеровское красное смещение и космологическое красное смещение отличны (A comparison between the Doppler and cosmological redshifts, Maria Luiza Bedran, DOI: 10.1119). Еще со школьной скамьи юных космологов пичкают задачами на определение расстояния до галактики с помощью релятивистского доплеровского смещения, чтобы потом студент был сбит с толку от непонимания различий в этих двух смещениях. Справедливости ради, галактики вблизи наблюдателя действительно можно характеризовать с помощью доплеровского красного смещения, но для далеких объектов картина иная: сама галактика неподвижна относительно пространства, так как расширяется именно оно, соответственно «удаляется» она равнозначно от всех окружающих объектов. Если в классическом доплеровском смещении причина лежит в собственном движении тела, то в космологическом свет изначально отправляется к наблюдателю с нормальной длиной, а по причине длительного путешествия подвергается «растяжению» из-за расширения, что и смещает длину волны. В отличии от нерастяжимых материальных объектов у света это происходит из-за того, что большое количество времени он не участвует в гравитационном взаимодействии и ведет себя подобно пространству.

Подтверждения тому, что существует разница между двумя смещениями, заключается в том, что в доплеровском эффекте длина волны объекта, движущегося со световой скоростью, стремится к бесконечности (соотв. и смещение). Но мы видим галактики со сверхсветовыми скоростями удаления — их около тысячи штук! Космологическое же красное смещение способно характеризовать температуру объекта в момент излучения: когда волна реликтового излучения полетела к нам, температура РИ составляла 2725 К, сейчас мы принимаем ее с температурой 2,725 К, т.е. Вселенная остыла в тысячу раз и в ту же тысячу раз стала больше за последние 13,8 млрд лет с момента появления РИ.

Еще одним логичным, но все же удивительным фактом является то, что поток фотонов, летящих от источника к наблюдателю, за время путешествия растягивается, притом пропорционально растяжению пространства (рис.7). На примере: в среднем вспышка сверхновой длится две недели – это эмпирически доказано и теоретически обосновано. На больших смещениях становятся заметны «умедления» процесса сверхновой. На z=1 вспышка будет длиться месяц, на z=11 — год (но таких мы еще не нашли) — опять же по причине того, что расстояние между фотонами растет. Этот факт опровергает (Errors in Tired Light Cosmology, Edward L. Wright) гипотезу усталости, гласящую о том, что волна света «устает» по мере долгого путешествия и ее длина смещается.

Заключение

Расширение Вселенной является неотъемлемой частью современной космологии, с помощью которой мы можем лучше узнать о прошлом нашего мира. Действующий золотой век космологии ежедневно рождает в головах ученых новые и новые вопросы. Да и в моей голове появился один такой, который я уже формулирую для нахождения ответа. В следующих материалах мы подобные и обсудим, а также будем разбираться в деталях, участии материи и энергии в процессе расширения, рассмотрим некоторые казусы и парадоксы.

Список литературы

1. TASI 2009 - Lectures on Cosmic Acceleration / Rachel Bean - Текст: электронный // arXiv.org: Интернет-портал – 2009 - URL: https://arxiv.org/pdf/1003.4468.pdf.
2. Distance measures in cosmology / David W. Hogg - Текст: электронный // arXiv.org: Интернет-портал - 2000 - URL: https://arxiv.org/pdf/astro-ph/9905116.pdf.
3. Expanding Confusion: common misconceptions of cosmological horizons and the superluninal expansion of the universe / Tamara M. Davis, Charles H. Lineweaver - Текст: электронный // arXiv.org: Интернет-портал - 2003 - URL: https://arxiv.org/pdf/astro-ph/0310808.pdf.
4. Сверхсветовое разбегание галактик и горизонты Вселенной: путаница в тонкостях / С.Б. Попов - Текст: электронный // astronet.ru: Интернет-портал - 2003 - URL: http://www.astronet.ru/db/msg/1194830.
5. Кононович, Э.В. Общий курс астрономии: Учебное пособие / Э.В. Кононович, В.И. Мороз ; под редакцией В.В. Иванова. Изд. 6-е — М.: ЛЕНАНД, 2017. — 44 с.

Что из этого понятно? Ничего. В школьный курс физики тема термодинамики интегрирована ужасно, да и неуместно, ведь не всем интересно понимать такие вещи. Вот посему поехали вместе разбирать по полочкам второй закон термодинамики.

Энтропия

Она отлична от других термодинамических величин: давления или энергии системы. Энтропия характеризует не систему, а то, как мы ее понимаем. Эта величина относится к системе лишь косвенно. В одном предложении это звучит так:

Энтропия — количество предшествующих состояний системы, которое нам неизвестно

Чтобы понять, о чем речь, приведу пример.

Найдите все возможные варианты, при которых десять чисел от 1 до 5 в сумме дадут 25.

— В данном случае 25 — это решение системы, ее так называемое макросостояние. Оно состоит из микросостояний — слагаемых суммы, тех самых десяти чисел от 1 до 5, которые в сумме дают 25. Если нам известно только решение системы, то мы будем наблюдать энтропию в системе, так как существует несколько возможных предшествующих состояний системы, вариантов сложения чисел, что в сумме дадут 25.

Допустим, энтропия этой системы равна 10 единицам. Если нам дадут информацию о том, что пятым слагаемым суммы является число 2, то энтропия понизится на единицу, и нам нужно будет найти всего 9 слагаемых и порядок их расположения

Также мы можем уменьшить энтропию путем разбиения сумм: зная, что сумма первых пяти слагаемых равна 10, а следующих пяти — 15, количество предшествующих микросостояний уменьшается, а следовательно, и вариантов ответа.

Если нам дадут порядок и значение всех десяти слагаемых, то энтропии в этой системе не будет.

Вот так даже в "простой" математической задаче мы можем наблюдать энтропию, что указывает нам на то, что это — не только сугубо физическое понятие, и что оно не обязательно относится к термодинамике. Энтропия не сказывается на системе, она сказывается лишь на знании о системе, на ее описании.

Замкнутая система

Теперь разберемся, какая система является замкнутой. Приведу пример из ролика об энтропии от Академии Хана: рассмотрим костер и переносной холодильник. В случае костра разрыв молекулярных связей сопровождается выделением энергии в виде тепла и излучением фотонов — энергия и свет распространяются по Вселенной и взаимодействуют со всем на пути. Отсюда следует, что на микроуровне костер является открытой системой и такое понятие как энтропия в данном случае лишено смысла. А вот, например, переносной холодильник (контейнер с изолирующими стенками) очень близок к закрытой системе, так как не пропускает энергию извне. Таким образом закрытой системой называют такую систему, которая не взаимодействует с другими системами или со внешней системой.

Классическим примером замкнутой системы является газ под поршнем, где в качестве микросостояния газа выступают положение и импульс его молекул, а макросостояния — давление и объем. Не зная микросостояний мы можем использовать уравнение состояния для того, чтобы угадать будущее поведение системы, причем, с ростом количества микросостояний, точность предсказания будет расти.

Никогда не убывает (всегда возрастает)

Думаю, многие уже поняли, почему это так. Но подкреплю знание своим любимым примером: партией на бильярде. Рассмотрим фотографию ниже: шары на столе расположены в хаотичном порядке, причем, число микросостояний системы в данном случае велико, так как мы можем предположить и то, что это начальное состояние системы, и то, что шары были расположены классической пирамидкой (и еще множество вариантов, даже при условии классич. расположения). Через один ход угадать начальное положение системы будет проще, нежели через десять (то есть с течением времени энтропия только растет), и невозможно будет точно предугадать ни как микросостояния, так и начальное состояние.

Более интересный пример привел Артем Яшин с канала Onigiri. Черные дыры — это объекты с самой высокой энтропией во Вселенной. Несмотря на то, что их текущее состояние можно описать всего двумя параметрами (массой и скоростью вращения, а также иногда электрическим зарядом, который чаще всего равен 0), количество предшествующих состояний очень велико. Черная дыра может образоваться огромным количеством путей: взрывом сверхновой, столкновением нейтронных звезд или других черных дыр, а те системы также образованы множеством путей. И это без учета взаимодействия черной дыры и предшествующих состояний системы с частицами и тому подобным! Центральная черная дыра Млечного Пути Стрелец А* содержит в себе энтропии больше, чем вся Метагалактика без учета черных дыр в ней! Черные дыры — суперхаотичные системы!

В следующей статье на тему энтропии речь пойдет о том, почему из-за отсутствия предшествующих состояний время невозможно обернуть вспять. А пока завершу статью одной интересной цитатой:

Если вы запомните каждое слово из этой книжки, то ваша память получит около двух миллионов единиц информации, и порядок в вашей голове возрастёт примерно на два миллиона единиц. Но пока вы читали эту книгу, по крайней мере тысяча калорий упорядоченной энергии, которую вы получили в виде пищи, превратились в неупорядоченную энергию, которую вы передали в окружающий вас воздух в виде тепла за счёт конвекции и потовыделения. Беспорядок во Вселенной возрастёт при этом примерно на двадцать миллионов миллионов миллионов миллионов единиц, что в десять миллионов миллионов миллионов раз превышает указанное увеличение порядка в вашем мозгу, — и это произойдёт лишь в том случае, если вы запомните всё из моей книжки.

— Стивен Уильям Хокинг, "Краткая история времени", 1988

Источники:

• What's an intuitive way to understand entropy? — Mark Eichenlaub, Quora
• Entropy and Time — Arieh Ben-Naim, MDPI
• 1.5. Термодинамическая энтропия — Термодинамика, К.В. Глаголев, А.Н. Морозов
• Энтропия и второй закон термодинамики — KhanAcademyRussian, YouTube
• Что такое энтропия? Энтропия черных дыр — Onigiri, YouTube

Событие экзотического класса вот-вот наступит, и его предпосылки земляне наблюдают уже около недели. Гигантские газовые планеты все ближе друг ко другу, Юпитер догоняет Сатурн в орбитальной гонке. Не стоит говорить о том, что периоды обращения этих планет составляют 12 и 29,5 лет соотв., потому свидетелем такого события можно стать всего пару раз за свою жизнь. Как будут выглядеть две планеты в этот день? О том, как наблюдать соединение, какие слухи вокруг события развели СМИ и об истории прошлых соединений — в этой статье.

Почему соединение?

Соединением называют совпадение прямого восхождения или долготы двух и более небесных объектов, будь то ИСЗ или планеты и даже планеты со звездой. В нашем отношении более точным будет определение аппульса, при котором два космических объекта находятся в непосредственной близости для наблюдателя — 21 декабря мы станем свидетелями редкого астрономического события во время которого Юпитер и Сатурн будут разделены всего шестью угловыми минутами, но по прежнему миллионами километров расстояния.

В прошлый раз подобное событие произошло в 2000 году — тогда свидетелей его было мало, так как планеты-гиганты находились вблизи Солнца. Соединение повторяется каждые 20 лет: Юпитер проходит по небу за тропический год 20 градусов, а Сатурн всего 12, соответственно за год Юпитер обгоняет Сатурн на 18 градусов и на полный круг каждые 20 лет, во времена соединений (по датам: 28 мая 2000 г, 21 декабря 2020 г, 31 октября 2040 г, 7 апреля 2060 г, 15 марта 2080 г, 18 сентября 2100 г).

"Раз в 400 лет!"

Раз в 20. Но все же это соединение будет особенным — например, оно будет самым "близким" с 1623 года! Сейчас планеты будет разделять всего 6 угловых минут, а тогда — 5. Кстати, всего тринадцатью годами ранее Галилей открыл четыре спутника Юпитера: Ио, Европу, Каллисто и Ганимеда (их очень легко обнаружить) и кольца Сатурна. Наблюдение, кстати, будет самым комфортным за последние 800 лет — но не из-за техники и технологий, а из-за того, что оно будет в максимально темное время. Обычно соединения происходят еще во время главенствования Солнца на земном небе. Совпадением является и то, что на следующий день будет зимнее солнцестояние.

Как будет выглядеть в телескоп

В момент X Юпитер не затмит Сатурн (он в 15 раз ярче последнего), так как орбиты планет находятся в разных плоскостях, потому прохождение будет не таким завораживающим, как может показаться — и все же даже при увеличении в пару сотен крат в окуляре с широким полем зрения планеты уместятся в одну картинку.

Рекомендации по наблюдению:

1. Найди площадку наблюдений — это может быть что угодно: от крыши дома в твоем городе до удаленного темного поля посреди моря.
2. Через 30-60 минут после заката взгляни на небо. Найди Луну — справа от нее (примерно на 4-5 часов) будут расположены две звезды.
3. Подготовь глазки или оптические приборы для наблюдения.
4. Наслаждайся.

Действительно, ну очень просто это все наблюдать, ведь самые яркие звезды сливаются воедино!

Логичное обоснование гипотезы эфира

Человеку свойственно делать выводы, основываясь на эмпирических данных. Да вообще на этом и была построена вся наука еще век-два назад. Это сейчас "извращенные" абстрактные идеи ищут своего визуального подтверждения (например, квантовая механика и ОТО), но раньше homo sapiens делал выводы об окружающем мире, основываясь на наблюдениях. Эфир — не исключение, ведь теоретическая база для этой субстанции была вполне логичная и понятная. Еще Платон в "Кратиле" описывал эфир как "тонкую" материальную субстанцию. И вот, из метафизической ниши eather (илиæther, как упоминалось до 19 века) перекочевал в науку. Достаточно было взглянуть на воду или поведение звука в воздухе и предположить о схожей природе материи и в космическом пространстве — о переносчике электромагнитных взаимодействий, реализованном в виде материальной среды.

Ньютон, эфир и теория Лесажа

Одним из интереснейших доказательств его существования была предложена концепция давления эфира на объекты, которое "ошибочно" принимали за гравитационное взаимодействие (иллюстрация 1). Представь себе звезду и планету — практически по всей площади на них падает эфир, кроме тех мест, которые обращены друг ко другу (логично предположить, что давление вещества в области между планетой из звездой будет пониженное относительно остальной части). Именно поэтому внешнее давление заставляет объектам не разбегаться. Еще Ньютон пытался предположить, что такое явление имеет место, но об этом стало известно много позднее, «так как ему не удалось на основании опытов и наблюдений дать удовлетворительные объяснения касательно этой среды и касательно того, как она действует, производя главные явления природы». Уже к 19 веку эта идея изжила себя полностью. Эта концепция, кстати, называется теорией гравитации Лесажа — я намерен посвятить ей статью.

«Теперь следовало бы кое-что добавить о некотором тончайшем эфире, проникающем все сплошные тела и в них содержащемся, коего силой и действиями частицы тел при весьма малых расстояниях взаимно притягиваются, а при соприкосновении сцепляются, наэлектризованные тела действуют на большие расстояния, как отталкивая, так и притягивая близкие малые тела, свет испускается, отражается, преломляется, уклоняется и нагревает тела, возбуждается всякое чувствование, заставляющее члены животных двигаться по желанию, передаваясь именно колебаниям этого эфира от внешних органов чувств мозгу и от мозга мускулам. Но это не может быть изложено вкратце, к тому же нет и достаточного запаса опытов, коими законы действия этого эфира были бы точно определены и показаны»
— И.Ньютон, Математические начала, стр. 592

«1) Во-первых, я полагаю, что все пространство заполнено эфирным веществом, способным к сжатию и расширению, большой упругости и, одним словом, во всех отношениях весьма похожим на воздух, но значительно более тонким.

2) Я предполагаю, что этот эфир проницает все обычные тела, но, однако, таким образом, что в порах их он более разрежен, чем вне их, и тем более разрежен, чем меньше их поры. И я (вместе с другими) предполагаю, что это является причиной, почему падающий на эти тела свет отклоняется по направлению к перпендикуляру, почему две хорошо отполированные поверхности слипаются в сосуде, из которого выкачан воздух, почему ртуть иногда поднимается до верха стеклянной трубки, даже на высоту больше 30 дюймов,— и одной из главных причин, почему сцепляются части всех тел: это и причина фильтрации и подъема воды в узких стеклянных трубках выше поверхности воды, в которую они погружены, так как я предполагал, что эфир может быть более разреженным не только в ничтожных порах, но даже и в весьма больших отверстиях этих трубок. И тот же принцип может заставить растворители жадно насыщать поры растворяемых ими тел, поскольку окружающий эфир, так же как атмосфера, сжимает их.

3) Я предполагаю, что более разреженный эфир внутри тел и более плотный вне их не могут быть ограничены математической поверхностью, но постепенно перерастают друг в друга, причем внешний эфир начинает становиться более разреженным, а внутренний — более плотным, на некотором небольшом расстоянии от поверхности тела, и проходит все промежуточные стадии плотности в промежуточном пространстве. И это может быть причиной, по которой свет в опытах Гримальди, проходя мимо острия ножа или другого непрозрачного тела, отклоняется в сторону так, как если бы он был преломлен, и при этом преломлении возникает несколько цветов...

4) Когда два движущихся навстречу друг другу тела сближаются, я предполагаю, что находящийся между ними эфир становится более разреженным, чем он был раньше, а пространство, на котором он постепенно становится более разреженным, распространяется на большее расстояние между поверхностями тел. И это происходит потому, что эфир не может так же свободно двигаться вверх и вниз в узком пространстве между телами, как это было до того, как они сблизились...

5) Однако из четвертого предположения следует, что, когда два приближающихся друг к другу тела сближаются настолько, чтобы заставить разрежаться находящийся между ними эфир, они начнут противиться дальнейшему сближению и стремиться отдалиться друг от друга, каковые сопротивление и стремление будут расти по мере сближения потому, что этим они заставляют промежуточный эфир разрежаться все более и более. Но наконец, когда они настолько сблизятся, что избыток давления внешнего эфира, окружающего тела, над давлением разреженного эфира, находящегося между ними, сделается так велик, что превозможет сопротивление этих тел сближению, тогда этот избыток давления заставит их с силой двигаться навстречу друг к другу и заставит их сцепляться друг с другом в такой силой, как это было оказано во втором предположении»
— И.Ньютон в письме Бойлю, 1782 год

Свойства эфира

К 1900-му научному сообществу были известны многие свойства эфира: его способность передавать энергию, причем не мгновенно, а с некоторым временем (в качестве примера приведу ограниченную скорость света). Эфир обладает упругостью, так как принимает кинетическую энергию от света (как известно, половина энергии волны света является кинетической, а другая — потенциальной). Плотность эфира составляет 7,4*10^11 электронвольт на кубический сантиметр.

Но что же такое эфир: газ или нечто наподобие темной энергии? Молекулярное строение светоносной субстанции было опровергнуто путем обыкновенных логических размышлений. Если эфир — это газ, то он состоит из молекул. Молекулы при движении расформировываются из одних групп в другие, разбиваются и выбрасывают хаотичные группировки молекул из системы, высвобождая тепло. Таким образом эфир бы нагревался, чего не ученые не наблюдали. Сторонники гипотезы также предполагают, что эфир представляет собой непрерывную однородную среду.

Интересный факт: в октябре 1902 года Дмитрий Менделеев занес эфир в нулевой ряд нулевую группу (см. иллюстрацию 2 ниже), описывал его как «легчайший — в этом отношении предельный — газ, обладающий высокою степенью проницаемости» и дал название "Ньютоний". Советую ознакомиться со статьей Менделеева «Попытка химического понимания мирового эфира».

Кому-то может показаться, что много хороших слов я наговорил про эту субстанцию. Но как бы не так. В следующий раз ты узнаешь о том, почему мир отказался от светоносного эфира, и какое в этом участие принял Альберт Эйнштейн.

Список литературы:

• Джеймс Кларк Максвелл. Речи и статьи (В.Ф. Миткевич), 1940., с. 222-223
• Дмитрий Иванович Менделеев. Попытка химического понимания мирового эфира (М.П. Фролова), 1902., с. 5-40
• James Clerk Maxwell, "Ether" (Encyclopædia Britannica 9th Edition, p. 568-572)