Априори, можно утверждать, что спокойный период развития протоядер галактик и протозвезд происходил в условиях соблюдения баланса между притоком энергии в их массу в ходе протекания внутренних реакций и стоком этой энергии в космос через их внешнюю поверхность.
Свет далеких звезд, образовавшихся из протоядер галактик, свидетельствует о том, что в них идут те же реакции, что и в Солнечной системе. Это означает, что взрывы ядер происходят не из-за недостатка “топлива” в их недрах, а в результате затруднений, связанных с эвакуацией вырабатываемой энергии в космос.
Здесь следует отметить, что объем небесного тела пропорционален кубу текущего радиуса, вто время как внешняя поверхность лишь квадрату радиуса. В связи с этим с увеличением размера и массы небесного тела количество вырабатываемой энергии, опережает то, что оно может удалить в космос через свою поверхность. Поэтому массивные тела, как правило, вращаются с более высокой скоростью и чаще взрываются.
Естественным фактором “спускового” (”триггерного”) действия может быть накопление продуктов реакции во внешней оболочке в ходе эволюции небесного тела. В этом случае обмен энергией с космосом ухудшается, что сопровождается перегревом объекта и его взрывом. Разумно предположить, что сброс оболочки и ее преобразование в звезды отражает стремление системы развить поверхность обмена энергией с космосом, т.е. достигнуть более устойчивого состояния.
Одновременно само уменьшившееся ядро приводит в соответствие приток энергии из своих недр с ее стоком в космос. Сокращение количества вырабатываемой в недрах энергии на единицу площади внешней поверхности дает возможность телу снизить число оборотов вокруг своей оси и вступить в стадию своего спокойного развития.
1.4. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА КОЛИЧЕСТВА ДВИЖЕНИЯ И МАССЫ ВЕЩЕСТВА ПРИ ВЗРЫВЕ НЕБЕСНОГО ТЕЛА
В данном разделе на примере формирования Солнечной системы и галактик нам необходимо показать справедливость гипотезы В.А. Амбарцумяна. Лучшим подтверждением явится доказательство того, что распределение углового момента и массы вещества при взрыве Протосолнца должно было быть именно таким, каким мы его наблюдаем сейчас в нашей планетарной системе. То же самое касается галактик.
Солнце, как мы уже знаем, вращается медленно, его угловой момент сравнительно мал. Большая часть углового момента, как оказывается, “заключена” в орбитальных движениях планет — прежде всего в движении самой большой из них, Юпитера. Это при всем притом, что масса планет составляет менее 1 % массы Солнца.
Динамическая обстановка, складывающаяся при взрыве, имитировалась путем внезапного изменения параметров процесса, протекающего в испарителе с турбинным приводом циркуляционного насоса (рис. 9, 10; часть I). Прежде всего проверялось поведение системы при быстром повышении температуры циркулируемой среды. С этой целью во время работы испарителя резко повышалось давление первичного пара в нагревательной камере 6. Усилившийся приток тепла к потоку воды в течение 20-30 с поднимал располагаемый температурный перепад турбины с 4 °С до 40 °С. В результате число оборотов турбонасоса возрастало с 500 до 2600 в минуту.
Отсюда можно сделать вывод, что в момент взрыва небесное тело многократно увеличивает число оборотов вокруг своей оси. В итоге масса оболочки приобретает кинетическую энергию в количестве, достаточном для отрыва от центральной части объекта. Выброшенные с высокой скоростью в космос сгустки вещества, длительное время не испытывают какого-либо трения со стороны окружающего пространства при своем движении по орбите вокруг родительского тела. Последнее обстоятельство позволяет им сохранять момент количества движения, приобретенный во время взрыва.
Иначе ведет себя оставшаяся масса вещества. При снижении температуры среды в конце взрыва выработка механической энергии материнским телом резко сокращается. В этом случае трение потоков в ядре за короткий период времени замедлит его вращение. Ситуация аналогична поведению гироскопов различной конструкции, например, волчка. Как известно, “спящий” волчок — это вращающееся вокруг оси симметрии твердое тело с опорой ниже центра тяжести. Уравновешенный волчок вращается после своего запуска довольно длительное время. Но если выполнить волчок полым и залить в него какую-либо жидкость, то его устойчивость будет потеряна после нескольких оборотов вокруг своей оси. Причиной тому являются значительные затраты механической энергии внутри волчка на преодоление трения между слоями жидкости.
Перечисленные причины привели к тому, что при взрыве Протосолнца основной момент количества движения (98 %) оказался у планет, образовавшихся из сгустков вещества, и лишь ничтожная его доля сохранилась у Солнца.
Та же ситуация сложилась, по-видимому, и при взрыве Протоядра Галактики. Ее спиральные ветви должны обладать значительно большим моментом количества движения, чем ядро.
Продолжим рассмотрение результатов испытания испарителя с турбонасосом. Во второй серии опытов воспроизводились условия сброса массы оболочки в космос. Для этого количество воды в сепараторе 2 внезапно уменьшалось до предельно возможного уровня, позволяющего все же сохранять циркуляцию. Установка незамедлительно входила в пульсационный режим. Поток перегретой жидкости поступал в турбину отдельными порциями. В момент прохождения потока через сопла число оборотов турбины резко возрастало, а при холостом ходе — падало. Так при перегреве раствора в 20 °С число оборотов турбины периодически поднималось до 1200, а затем опускалось до 400 в минуту.
Как видим, при недостатке воды в контуре момент количества движения возникает и исчезает через определенные интервалы времени, поддерживая работу установки в некотором переходном режиме.
Ранее нами установлено, что вращение небесных тел, в том числе и Земли, происходит за счет обмена количеством движения между газожидкостной или газоплазменной оболочкой, где рождается момент, и ядром. Если масса вещества принадлежавшая оболочке, сбрасывается при взрыве в космос, то природный насос, подававший эту массу с полюсов к экватору, прекращает нормально функционировать.
Таким образом, взрывная потеря массы снижает число оборотов небесного тела и переводит его в пульсационный режим вращения.
До сих пор в построении модели формирования галактик и планетных систем мы опирались лишь на результаты испытаний индивидуального циркуляционного контура. Но мы уже знаем, что в оболочках Протоядра Галактики и Протосолнца действовали значительные коллективы циркуляционных ячеек как гравитационного, так и ротационного типа. Именно их суммарное действие определило закон распределения момента количества движения между сгустками выброшенной в космос материи.
Начнем свои рассуждения с того, что подвод исходного вещества в зону реакции обеспечивался той газо- и гидродинамической структурой, которая складывалась из комплекса циркуляционных ячеек, возникающих в оболочке небесного тела. Следовательно, скорости субъядерных и ядерных реакций, развивающихся при взрывах, также подчиняются уравнению Ерофеева (здесь мы предполагаем, что величина энергии активации мала). Отсюда максимальное значение скорости реакций соответствует достижению системой той газо- и гидродинамической устойчивости, что отражает критерий Глесдорфа-Пригожина. Само собой разумеется, что скорость нарастания и снижения числа оборотов взрывающегося небесного тела будет проходить в строгом соответствии с отмеченной закономерностью развития реакций, протекающих в его недрах.
Эта же закономерность должна наблюдаться в распределении скоростей движения выброшенных в космос звездных ассоциаций, образующих рукава спиральный галактик, а также в дифференциации орбитальных скоростей вращения планет вокруг Солнца. Но, чтобы воспользоваться установленными закономерностями, необходимо хотя бы указать принцип образования звездных ассоциаций и планетных систем.
Обратимся к инерционным волнам, возникающим в вихрях и, в частности, во вращающихся “жгутах” — тех самых “холодных” потоках, что двигаются с полюсов к экватору. Волны в “жгутах” имеют туже инерционную природу, что и волны в вихревых “шнурах” циркуляционных испарителей. С увеличением скорости вращения при взрыве “жгуты”, расправляясь в спиральные ветви, попадают, очевидно, в резонансный режим, что усиливает воздействие инерционных волн и способствует, в конечном счете, разрыву потоков в наиболее узких местах.
Причем, распад “жгутов”, отделяющихся от вращающейся шаровой поверхности, происходит, очевидно, по наиболее вероятному сценарию, т.е. с соблюдением принципа золотого сечения. Золотое сечение (гармоничное деление) — деление отрезка а, при котором большая часть х, является средней геометрической между всем отрезком а и меньшей его частью а-х, т.е. а:х = х:(а-х) [66].
Сохраняя “наследственные черты” звезды в рукавах галактик располагаются в виде отдельных скоплений таким образом, что соотношения периодов обращения соседних скоплений образует спектр, получаемый на основе принципа золотого сечения. В данном случае мы просто перенесли особенности построения Солнечной системы на закон формирования спиральных галактик.
Любопытно, что расположение перигелиев и афелиев планет по логарифмической спирали, как доказал К.П. Бутусов, также связано с “гармоническими” числами, подтверждающими правило, лежащее в основе золотого сечения [67,68]. Возможно также, что правило Тициуса—Боде, по которому в настоящее время оценивают расстояние между планетами [69], отражает установленную К.П. Бутусовым закономерность.
Продолжим обсуждение особенностей распределения количества движения при взрыве. Определенную часть углового момента “забирают” с собой пояса астероидов и комет. Эти пояса — реликт “дыхательной” системы Протосолнца. Система, как мы уже выяснили, состояла из коллектива шарообразных уплотнений вещества, некогда размещавшихся как запорные клапаны в подъемных каналах гравитационно-диссипативных структур. Располагаясь на определенном уровне, шаровые уплотнения при своем опускании создавали подобие “диафрагм”, отсекающих пространства повышенного давления от областей более низкого давления. Можно предположить, что таких “диафрагм”, распавшихся затем на пояса астероидов, у Протосолнца было несколько.
Астероиды сохранились до нашего времени благодаря тому, что подавляющее большинство из них движется в широком промежутке между орбитами Марса и Юпитера.
Другой пояс, состоящий из комет, обнаружил Я. Оорт. Им установлено, что планетная система окружена роем каменисто-ледяных тел. По аналогии можно предположить, что наблюдаемые у ряда спиральных галактик кольца представляют собой остатки пульсационно-диссипативных структур, в свое время обеспечивавших “дыхание” протоядер.
Возвратимся к обсуждению расположения планет вокруг Солнца. Очевидно, что изменение центробежных сил, развивающихся при взрыве, происходило также по S-образной кривой. Вблизи точки перегиба этой кривой, где Протосолнце достигло своей максимальной скорости вращения, должна была отделиться планета с минимальным временем прохождения своей сегодняшней орбиты. Этой планетой, как будет показано ниже, является Меркурий.
Выброс в космос “диафрагм” приводил, вероятно, к нарушению резонансного режима отделения “жгутов”, что сопровождалось в дальнейшем появлением в системе планет с малой массой. Так, если двигаться с периферии Солнечной системы к центру, то вслед за поясом комет Оорта нам встречается малая планета Плутон, а за поясом астероидов — Марс, обладающий также незначительной массой. Продолжая двигаться по направлению к Солнцу, мы должны были бы встретить пояс астероидов и перед Меркурием (см. рис.17). Недаром же расстояние между Меркурием и Венерой больше, чем между Венерой и Землей. Но похоже, что от этого пояса мало что осталось. Тем не менее, отдельные представители этого “семейства” должны были наблюдаться в недалеком прошлом при пересечении ими диска Солнца.
Рис. 17. Относительные размеры планет и Солнца
К сказанному следует добавить, что выброшенные в космос сгустки вещества являлись после самоуплотнения теми ядрами, на которых оседали частицы пыли и газы, оказавшиеся на орбите их движения. Судя по сохранившимся многокилометровым кратерам на поверхности планет земной группы многие астероиды также “не возражали” объединить с ними свою судьбу.
Далее несколько углубим свои представления об энергетических преобразованиях, происходивших во время взрыва.
1.5. НЕРАВНОВЕСНАЯ ТЕРМОДИНАМИКА ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
Нас, безусловно, интересуют количественные соотношения, подтверждающие наблюдаемые закономерности. В поиске этих соотношений мы будем по-прежнему опираться на значения энтропии.
Уточним, что изменения энтропии могут происходить [70]:
- вследствие изменения конфигурационной энтропии (например, в результате увеличения числа частиц или молекулярной разупорядоченности при рассеянии вещества в большом объеме);
- вследствие изменения тепловой энергии (например, в результате теплового разупорядочения при рассеянии тепла в большом объеме или при рассеянии потенциальной энергии подобно теплу).
При космическом взрыве, как конфигурационная, так и тепловая энтропия системы возрастают. Это обстоятельство создает впечатление, что процесс непременно должен закончиться образованием из небесного тела облака пыли и газов.
В принципе ничто не мешает нам по аналогии с термическим КПД ηt внести в расчеты конфигурационный КПД ηк. По замыслу величина ηк должна отражать степень сохранения симметрии газодинамических образований при взрыве. Учитывая общую тенденцию природных процессов к хаосу, можно предположить, что лишь 1—2 % выброшенной массы вещества может расположиться в космосе как звезды и планеты. Все остальное должно, казалось бы, разлететься вокруг ядра в виде пыли и газов. Причем выдвигаемое предположение касается лишь объектов с достаточно мощными гравитационным и ротационным полями, обеспечивающими устойчивую циркуляцию потоков. Как видим, стереотипное мышление толкает нас на то, чтобы дать значению ηк величину 1—2 %.
В действительности же в космосе наблюдается обратная картина. Здесь мы видим четкие спиральные рукава галактик, состоящих из звезд, в которых сосредоточена основная часть выброшенной массы, а содержание межзвездной пыли и газов в них не превышает 1—2 % [14]. Таким образом, конфигурационная энтропия претерпевает во время взрыва значительно меньшие изменения, чем тепловая. Тем самым проявляется замечательное свойство рассматриваемых систем, заключающееся в том, что элементы их симметрии, существовавшие в оболочках протоядер, сохраняются в галактических образованиях, представших перед нами спустя миллиарды лет.
Выявленная особенность формирования галактик и планетных систем является вполне прогнозируемой, поскольку реакции в космических объектах идут постадийно. Отчасти это вызвано тем, что креационно-диссипативные структуры способны подводить исходные вещества в зону реакции и отводить из нее образующиеся продукты лишь за конечное время, входящее, как мы установили, в уравнение Ерофеева.
В результате на первой стадии при протекании субъядерных реакций система оказывается не в состоянии выработать такое количество кинетической энергии, которое было бы достаточно для полного распыла вещества оболочки. Это вещество должно пережить еще вторую звездную стадию своего развития с ее ядерными реакциями, а затем после сброса звездных оболочек, перейти к последующей планетной стадии, где, как мы знаем, преобладают химические реакции.
После каждого взрыва деформационные силы разъединяют систему на отдельные части и увеличивают расстояние между ними, но при этом сохраняют общие геометрические признаки, присущие материнской структуре. Создается впечатление, что законы перехода неравновесных систем из одного состояние в другое инвариантны по отношению к преобразованиям подобия.
Рассмотрим основные принципы этих преобразований. Задавшись, скажем, двумя подобными фигурами, например большим и маленьким треугольниками одинаковой формы, мы можем любой из них рассматривать как результат деформации или преобразования другого, т.е. либо считать, что меньший треугольник равномерно растянут до большого, либо, наоборот, большой равномерно сжат до меньшего. Можно рассматривать более радикальные преобразования. Выделим одно из них.
Так, Б. Риман предложил преобразования, допускающие растяжение, сжатие, изгиб и даже кручение. Фигуры, которые могут быть получены одна из другой посредством таких преобразований, называются гомеоморфными или топологически эквивалентными. Как правило, стараются охарактеризовать эквивалентные фигуры посредством некоторых определяющих свойств. Если эти свойства обнаруживаются в двух фигурах, то такие фигуры топологически эквивалентны точно также, как, например, два треугольника конгруэнтны, когда две стороны и угол, заключенный между ними, в одном треугольнике равны соответственным элементам в другом [71].
Главная задача топологии — установить, когда две фигуры топологически эквивалентны. Однако это может оказаться трудным, если просто на глаз сравнивать фигуры, как это мы делаем сейчас на данном этапе исследований. Для повышения достоверности результатов сравнения разработана отдельная ветвь математики, называемая дифференциальной топологией [72].
Но, чтобы воспользоваться ее методами, необходимо предварительно идентифицировать креационно-диссипативные структуры не только на Солнце, но и на ближайших звездах, а также в ядрах галактик. Кроме того, следует выполнить соответствующую статистическую обработку наблюдаемых видов спиральных галактик и обнаруженных к настоящему времени планетных систем. Лишь после этого можно будет методами топологии и дифференциальной геометрии строго подтвердить родство рассматриваемых фигур.
Одновременно для римановых преобразований необходимо на основе классических представлений [73, 74] разработать специальную терминологию, касающуюся устойчивости форм деформируемых объектов. На текущий момент мы можем воспользоваться приемами неравновесной термодинамики, полагая, что для каждого отдельного интервала времени система достигает устойчивости, характеризуемой критерием Гленсдорфа— Пригожина. Сумма этих интервалов составляет полное время перехода вещества из одной стадии своего развития в другую. Справедливости ради необходимо отметить, что уровень деформации определяется обычным критерием устойчивости закрытой системы, если включить в нее взрывающийся объект и окружающее пространство. Отмеченная двойственность явлений, наблюдаемая при трансформации креационно-диссипативных структур, присуща, очевидно, большинству открытых природных систем.
Приведенные здесь теоретическое и экспериментальное обоснования дают нам сравнительно полное представление о закономерностях и существенных связях, имевших место в космических переходных процессах. Поэтому, выполненный в следующем разделе, приближенный расчет первоначального крутящего момента Земли приобретает, как нам кажется, определенную достоверность.
