Какие опытные факты подтверждают справедливость выводов общей теории относительности? Поясните на примере одного из них

Новые законы тяготения приводят к некоторым следствиям, поддающимся экспериментальным проверкам. Поскольку энергия обладает массой, а инертная масса является также и тяжелой массой, то отсюда следует, что тяготение действует и на энергию. Поэтому луч света, проходящий в гравитационном поле, должен отклонятся. Фактически такое отклонение вытекает также из ньютоновской корпускулярной теории света: расчет отклонения луча света звезды, проходящего близ Солнца, был проведен еще в 1804 г. Зольднером, который получил значение вдвое меньше рассчитанного по теории относительности. Опыты, проведенные во время полных солнечных затмений 29 мая 1919 г. и 21 сентября 1922 г., подтвердили выводы общей теории относительности и в количественном отношении (хотя среди астрономов полного согласия не было). Подтверждение не предсказываемого специальной теорией относительности влияния тяготения на прохождение луча показывает, что теория справедлива лишь в отсутствие гравитационных полей. По отношению к общей теории относительности она оказывается лишь приближенной теорией, по отношению к специальной теории относительности.

Второе подтверждение общей теории относительности было получено при исследовании движения планет. Одним из следствий общей теории относительности является то, что эллиптическая траектория движения планеты должна медленно поворачиваться вокруг Солнца. Этот эффект, не предсказываемый ньютоновской теорией, должен быть наибольшим для ближайших к Солнцу планет, для которых сила тяготения максимальна. Ближайшей к Солнцу планетой является Меркурий, поэтому именно на движении этой планеты можно наблюдать указанный эффект, который столь слаб, что, согласно расчетам, потребовалось бы три миллиона лет, чтобы орбита Меркурия совершила полный оборот.

Медленное вращение орбиты Меркурия, или, точнее, смещение его перигелия, было замечено астрономами, которые пытались объяснить это возмущениями движения Меркурия, вызываемыми другими планетами. Но расчеты, проведенные исходя из этого предположения, приводят к значению смещения меньше наблюдаемого. Расхождение между расчетным и наблюдательным значениями никак не удавалось объяснить в рамках ньютоновской механики. С точки зрения общей теории относительности вопрос был рассмотрен впервые в 1915 г. Эйнштейном и окончательно решен в 1916 г. Шварцшильдом. Совпадение результатов расчета по общей теории относительности с данными астрономических наблюдений производило особое впечатление потому, что оно было достигнуто без всяких дополнительных гипотез, как прямое следствие общей теории относительности.

Третьим подтверждением общей теории относительности, которое после периода взаимно противоречащих результатов теперь представляется надежным, является так называемый «эффект Эйнштейна», т. е. смещение спектральных линий излучения звезд в сторону красного цвета. Как мы уже упоминали, часы, расположенные в поле тяготения, идут медленнее, а поскольку колебательное движение можно уподобить часам, то теория предсказывает уменьшение частоты светового излучения в присутствии поля силы тяжести. Отсюда следует, что спектральные линии света, излученного звездой, должны быть смещены в красную сторону по сравнению с соответствующими линиями, в спектрах земных источников. Этот факт, по-видимому, подтверждается исследованием спектра света от звездкарликов, средняя плотность которых в десятки тысяч раз больше плотности воды. В 1925 г. Адаме, фотографируя спектры Сириуса и его спутника Сириуса В., наблюдал красное смещение. В количественном отношении это явление тоже как будто хорошо согласуется с предсказаниями теории.

Опишите нашу Галактику (форма, размер, количество звезд…) Какое положение в Галактике занимает наше Солнце?

Наша Галактика, Млечный Путь, имеет спиралеобразную форму: при рассмотрении ее сбоку она имеет вид диска с утолщением в центре, сверхувид спирали, образованной двумя рукавами, расходящимися из ядра Галактики. Размеры Галактики были намечены по расположению звезд, которые видны на больших расстояниях. Это цефеиды и горячие гиганты. Диаметр Галактики примерно равен 3000 пк — расстояние, с которым большая полуось земной орбиты, перпендикулярна лучу зрения, видна под углом в 1. 1 Парсек = 3,26 светового года а.е.= 3* 1013 км или 100 000 световых лет. В центре галактики расположено ядро диаметром 1000−2000 пк — гигантское уплотненное скопление звезд. Оно находится от нас на расстоянии почти 10 000 пк (3000 световых лет) в направлении созвездия Стрельца, но почти целиком скрыто плотной завесой облаков. Количество звезд в галактике порядка 1012 (триллиона). Млечный путь, светлая серебристая полоса звезд опоясывает все небо, составляя основную часть нашей Галактики.

Расположение солнца в нашей галактике. В окрестностях Солнца удается проследить участки двух спиральных ветвей, удаленных от нас примерно на 3000 световых лет. Солнце находиться почти посередине между этими спиральными ветвями. Расстояние от Солнца до центра Галактики составляет 23−28 тысяч световых лет. Это говорит о том, что Солнце располагается между центром и краем диска Галактики.

Что такое самоорганизация, и в каких, системах она возможна? Приведите примеры самоорганизации.

Самоорганизацияпроцесс упорядочения элементов одного уровня в системе за счет внутренних факторов, без внешнего специфического воздействия (изменения внешних условий может также быть стимулирующим воздействием). Результат — появление единицы следующего качественного уровня.

Определение, данное Г. Хакеном в 1980;е гг. рамках синергетики: «Самоорганизация — процесс упорядочения (пространственного, временного или пространственно-временного) в открытой системе, за счет согласованного взаимодействия множества элементов ее составляющих». Характеристики системы, в которых, в которых происходит самоорганизация:

• — открытая (наличие обмена энергией /веществом с окружающей средой).
• — содержит неограниченно большое число элементов (подсистем).
• — имеется стационарный устойчивый режим системы, в котором элементы взаимодействуют хаотичности (некогерентно).

Характеристики процесса самоорганизации:

• — интенсивный обмен энергией/веществом с окружающей средой, причем совершенно хаотически (не вызывая упорядочение в системе).
• — макроскопическое поведение системы описывается несколькими величинами — параметром порядка и управляющими параметрами (исчезает информационная перегруженность системы).
• — имеется некоторое критическое значение управляющего параметра (связанного с поступлением энергией/вещества), при котором система спонтанно переходит в новое упорядоченное состояние (переход к сильному неравновесию).
• — новое состояние обусловлено согласованным (когерентным) поведением элементов системы, эффект упорядочения обнаруживается только на макроскопическом уровне.
• — новое состояние существует только при безостановочном потоке энергии-вещества в систему. При увеличении интенсивности обмена система проходит через ряд следующих критических переходов; в результате структура усложняется вплоть до возникновения турбулентного хаоса.

Для однозначности определения термина, его связи с характеристиками системы и процесса, как правило, приводится пример трех стандартных примеров самоорганизации:

• — лазер — пространственное упорядочение;
• — ячейки Рэлея-Бернара — пространственное упорядочение;
• — реакция Белоусова — Жаботинского — пространственно — временное упорядочение.

Нобелевский лауреат Илья Пригожин создал нелинейную модель реакции Белоусова — Жаботинского, так называемый брюсселятор. Так как для возникновения упорядочения в таких системах необходим приток энергии или отток энтропии, ее диссипация, Пригожин назвал эти системы диссипативными. Вследствие нелинейности, наличия более одного устойчивого состояния в этих системах, в них не выполняется ни второе начало термодинамики, ни теорема Пригожина о минимуме скорости производства энтропии. По аналогии описания самоорганизующихся систем с фазовыми переходами диссипативная самоорганизация получила название фазового перехода в неравновесной системе.