Происхождение небесных тел: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

2. Неуничтожаемость энергии и её превращения

Мы часто встречаемся с разными видами работы, которую могут производить те или иные предметы. Так, например, несущийся танк, налетев на дом, может его разрушить — он производит работу разрушения. Камень, падая на землю, вдавливает частички земли; порох при взрыве образует газ, который выталкивает снаряд из ствола орудия — он производит работу, выбрасывая снаряд. Пар, находящийся в котле паровой машины, содержит тепло, за счёт которого машина производит работу. Эта способность производить работу называется энергией. Энергия всегда связана с веществом и без вещества существовать не может. Всякое вещество обладает энергией в той или другой форме: энергией движения (как у танка и камня), химической энергией (как у пороха), тепловой энергией (как у горячего пара). Существуют и другие виды энергии.

Откуда же у предмета берётся энергия? Откуда, например, взялась энергия у танка? Эту энергию ему передал бензин, сгоревший в двигателе танка. Бензин, которым был заправлен мотор танка, содержал в себе в скрытом виде энергию. Скрытая энергия, содержавшаяся в бензине, при сгорании освободилась и перешла в энергию расширения, т. е. движения газов. Энергия расширения газов привела в движение танк, сообщив ему энергию движения. В порохе заключена скрытая химическая энергия. Она превращается при взрыве в энергию пороховых газов, передающуюся орудийному снаряду. Снаряд приобретает энергию движения; при ударе о преграду она переходит в энергию, идущую на разрушение вещества, в которое попадает снаряд, и частично на нагревание этого вещества.

Каждое тело обладает тем или другим запасом скрытой или явной энергии. Точными опытами установлено, что энергия может переходить от одного предмета к другому, но количество её остаётся неизменным. Энергия неуничтожаема так же, как и вещество; она может только превратиться из одного вида в другой. Так, например, тепловая энергия может быть превращена в световую энергию или в электрическую. На электростанциях уголь передаёт скрытую в нём химическую энергию в энергию тепловую, тепловая энергия переходит в электрическую, а электрическая переходит либо в энергию движения (например в трамвае), либо в энергию опять-таки тепловую (в электронагревателях), либо в световую (в электрических лампочках и фонарях), либо в энергию радиоволн, посредством которых осуществляется радиопередача. Поднимая тяжёлый камень, мы затрачиваем энергию. Когда этот камень падает вниз, то его энергия уходит на вдавливание частичек земли и на небольшое их нагревание.

Количество энергии можно измерить и выразить в особой мере так же, как, например, расстояние можно измерить в километрах. Энергия всегда превращается из одного вида в другой, и точно установлено, что при всех этих превращениях общее количество энергии остаётся постоянным. Это — один из важнейших законов природы, называемый «законом сохранения и превращения энергии».

Неуничтожаемость вещества и энергии при всех их превращениях является основным законом природы, показывающим их вечность.

3. Всемирное тяготение

Когда какой-нибудь предмет ничем не поддерживается, он падает на Землю, потому что Земля его притягивает. Иногда говорят, что здесь действует «земное тяготение». Но этим свойством обладает не только Земля. Учёные установили, что все тела во вселенной притягиваются друг к другу с силой, которая тем больше, чем тяжелее эти тела и чем меньше расстояние между ними. Земля, Луна, Солнце, планеты, звёзды — каждое из этих тел притягивается к другому с не которой силой. Поэтому тяготение всех тел друг к другу названо «всемирным».

Учёные поставили опыт, на котором было обнаружено притяжение друг к другу свинцовых шаров.

На очень тонкой нити был подвешен в горизонтальном положении лёгкий стержень с двумя маленькими свинцовыми шариками на концах (рис. 1). К каждому из этих шариков было поднесено сбоку по большому свинцовому шару (с разных сторон от стержня). Тогда в каждой паре большой и маленький шары притянулись друг к другу, и в результате этого притяжения стержень заметно повернулся. Такое притяжение нельзя было смешать с магнитным, которое бывает при приближении магнита к железу: свинец — не магнитное вещество. Здесь шарики притягивались по закону всемирного тяготения.

По закону всемирного тяготения все тела во вселенной притягиваются друг к другу, независимо от того, есть ли между ними ещё какие-нибудь тела или нет, независимо от того, из каких веществ состоят притягивающиеся тела, какова их температура и т. п. Земля притягивает Луну, и именно это притяжение заставляет её вращаться вокруг Земли.

Своим притяжением Земля заставляет Луну двигаться прямо к Земле. Казалось бы, что Луна должна упасть на Землю. Но этого произойти не может потому, что Луна не находится в покое, а движется, и движение это направлено не к Земле, а в сторону (рис. 2).

Если бы не было всемирного тяготения и Земля не удерживала бы своим притяжением Луну, то Луна по прямой линии навсегда улетела бы прочь от Земли. Земля своим притяжением всё время сворачивает Луну с её прямолинейного пути и таким образом превращает её путь в круговой. Точнее, путь Луны вокруг Земли очень похож на круг, отличаясь от него только небольшой вытянутостью в одном направлении. Такая кривая линия называется эллипсом.

Земля обращается вокруг Солнца тоже по эллипсу, мало отличающемуся от круга, под действием притяжения Солнца. Притяжение Солнца заставляет вращаться вокруг него и другие планеты.

Тяготение к Земле, удерживающее Луну возле Земли, удерживает также и все предметы на поверхности самой Земли, и потому они двигаются вместе с нею. Брошенный камень снова падает на Землю под действием её притяжения.

Всемирное тяготение, проявляющееся на каждом шагу вокруг нас в нашей повседневной жизни, действует на всех расстояниях — оно существует во всей вселенной.

В этом убедились учёные ещё в прошлом столетии. Далеко-далеко от Земли — так далеко, что свет, несущийся со скоростью 300000 километров в секунду, употребляет сотни лет, чтобы пройти это расстояние, — существуют звёзды — далёкие солнца, вращающиеся друг около друга. Их движения показывают нам, что эти звёзды связаны взаимным тяготением так же, как Луна и Земля.

Одним из блестящих доказательств правильности закона всемирного тяготения было предсказание существования неизвестной ранее планеты. Приблизительно 100 лет тому назад французский учёный Леверье исследовал движение Урана — планеты, наиболее далёкой от Солнца среди всех тогда известных планет. Леверье подсчитал все притяжения, которые испытывает Уран как со стороны самого Солнца, так и со стороны всех остальных планет, которые тогда знали. Сравнив результаты своих вычислений с наблюдаемым движением Урана, Леверье обнаружил, что это движение немного расходится с тем, которое получалось согласно подсчётам. В движении Урана получались непонятные отклонения или, как говорят, неправильности. Леверье заявил, что эти неправильности могут быть объяснены только тем, что ещё дальше от Солнца, чем Уран, находится неизвестная до сих пор планета: она-то своим притяжением и производит наблюдаемые неправильности в движении Урана. Мало того, Леверье сумел вычислить положение неизвестной планеты в мировом пространстве и то место на небе, где она должна быть видна с Земли в определённый день и час. По указанию Леверье на эту точку неба направили телескоп, и действительно, именно там была обнаружена неизвестная ранее планета. Эту планету назвали Нептуном.

Открытие Нептуна явилось замечательным подтверждением не только справедливости закона тяготения — одной из тайн, вырванных нами у природы, — но и способности человека на основе научных знаний предсказывать существование неизвестных раньше мировых тел.

II. ЧТО ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ ВСЕЛЕННАЯ?

1. Вселенная по представлениям древних

Прежде чем подойти к объяснению происхождения Земли и небесных тел, надо выяснить, что они собой представляют.

В древние времена люди, не располагая научными методами исследования, представляли себе устройство Земли и вселенной очень наивно. Они считали Землю плоской и прикрытой сверху небосводом, как прозрачным хрустальным колпаком. Звёзды и другие небесные тела они рассматривали, как светильники, созданные специально для освещения Земли и для украшения неба. Никакого понятия о расстояниях, отделяющих от нас небесные светила, и о различиях в этих расстояниях они не имели. Расстояния до неба одни считали равными нескольким десяткам тысяч километров, другие же — нескольким сотням тысяч километров. Теперь мы знаем, что даже Луна — ближайшее к нам небесное тело — отстоит от нас на 380000 километров, а Солнце — на полтораста миллионов километров. Ближайшие звёзды отстоят от нас в сотни тысяч раз дальше, чем Солнце, а большинство — в миллионы раз.

2. Из чего состоят Земля и другие небесные тела?

Защитники старинных невежественных взглядов на строение и происхождение вселенной были убеждены в том, что небесный мир совершенно отличен от нашего земного мира. Поскольку эти люди считали небо местопребыванием духов и богов, они и небесные светила считали созданными из какого-то совершенно особого вещества, не встречающегося на Земле.

Это неверно: состав всей вселенной один и тот же.

Около восьмидесяти лет тому назад был изобретён замечательный способ исследования химического состава вещества, называемый спектральным анализом. Спектральный анализ позволяет устанавливать состав светящегося вещества на основании исследования испускаемого им света. Спектральным анализом можно обнаружить, имеется ли в исследуемой химической смеси какое-либо определённое вещество, например медь, хотя бы в самом ничтожном количестве. Этим анализом пользуются, например, для того, чтобы установить содержание полезных ископаемых — олова, цинка или меди — в находимой руде.

Из какого вещества состоит светящееся тело, говорят нам посылаемые им лучи света, если только уметь их надлежащим образом «допросить» при помощи спектрального анализа.