Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №2

Обобщая, можно сказать, что если под понятием «устойчивость движения» иметь в виду способность системы гонщик-велосипед сохранять заданную форму движения, то рассматриваемая система неустойчива в статике, а ее абсолютно прямолинейное движение невозможно. Траектории движения точек опоры (точек контакта колес с поверхностью дороги) колеблются относительно некоторой прямой линии, выбранной в качестве основного направления движения системы. Хорошо подтверждают это положение безуспешные попытки езды с заклиненной рулевой колонкой, хотя, казалось бы, именно при заклиненной колонке велосипед должен двигаться прямолинейно.

_{Источник: В.П.Любовицкий «Гоночные велосипеды», Л., Машиностроение, 1989, глава 8.}

• ВОПРОС № 35: Что такое принцип неопределенности?

ОТВЕТ: В отличие от классической механики, где состояние частицы (или материальной точки) задается его положением х и импульсом р, квантовая механика описывает частицу с помощью, так называемой волновой функции (х). Нельзя сказать, что частица находится в такой-то точке х, она находится как бы везде, где не равна нулю волновая функция ψ(х). Там, где ψ(х) больше, там больше и вероятность обнаружить частицу. Скорость же частицы связана со скоростью изменения ψ(х) в пространстве. Типичная волновая функция частицы ψ(х) показана на рисунке справа: частица находится в центре, ее импульс обратно пропорционален длине волны

λ,

Р = h/λ,

где h — постоянная Планка, h = 6.6310^-34Дж с. Чем меньше длина волны, тем больше импульс частицы.

Неопределенность положения частицы Δх — это ширина горбика в волновой функции. Неопределенность импульса Δр связана с неопределенностью длины волны (мы не можем из волновой функции ψ(х) определить длину волны точно). Чем меньше длин волн укладывается на горбике ψ(х), тем хуже мы можем определить длину волны λ (см. рисунки).

Выберем какую-нибудь длину L порядка ширины горбика ах и посчитаем, сколько длин волн λ на ней уложилось:

N = L/λ. Естественно, мы не можем однозначно утверждать, что там уложилось именно N волн, а не N+1 (или не N-1). Во-первых, может уложиться нецелое количество волн, а, во-вторых, изменение числа волн на единицу может быть связано просто с изменением формы огибающей. Таким образом, неопределенность длины волны имеет порядок величины Δλ порядка λ/N = λ

²/L порядка λ²/Δх.

Неопределенность импульса при этом Δр = hΔλ/λ² порядка h/Δх.

Таким образом, мы получаем известное соотношение неопределенностей Δх

Δр ~ h, открытое великим немецким физиком Гайзенбергом (W.Heisenberg).

Степанов М.Г.

_{Подробнее в статье В.П.Крайнова «Соотношения неопределенности для энергии и времени» в «Соросовском образовательном журнале» № 5, 1998, стр.77–82.}

• ВОПРОС № 36: Что такое квазар?

ОТВЕТ: Квазары — квазизвездные радиоисточники, внегалактические объекты уникально высокой светимости.

Первый квазар (ЗС48) был открыт в 1961 году. В результате точного измерения координат компактного радиоисточника, выполненных в 1961 году, источник был отождествлен с уникальным звездоподобным объектом 16 звездной величины, имеющим слабый красный выброс, направленный от источника. Несколько позже были получены спектры этого квазара и выяснилось, что он имеет значительное красное смещение спектральных линий. Это указывало на высокую скорость удаления квазара от нас.

Когда было открыто большое число квазаров, выяснилось, что все они имеют значительные красные смещения. Это говорило о том, что природа красного смещения имеет космологический характер и связана с расширением Вселенной, а квазары находятся на космологических расстояниях от нас.

Впоследствии наблюдения на новых больших телескопах и, особенно, на космическом телескопе Хаббла подтвердило, что квазары — внегалактические объекты. Квазары выделяют чудовищную энергию во всех спектральных диапазонах от радиоволн до сверхжесткого гамма излучения. Достаточно сказать, что детекторы на Земле регистрируют гамма кванты с энергией порядка 10¹⁷ электронвольт от квазара, удаленного от нас на расстояние 500 мегапарсек (расстояние до ближайшей звезды порядка одного парсека).

По современным представлениям квазар — это черная дыра в активном ядре галактики. Во всяком случае, никакая другая модель не может объяснить, как объект размером порядка одного светового часа может излучать мощность 10⁴⁷эрг/сек, соответствующую аннигиляции порядка одной массы Земли в секунду.

Благодаря огромной яркости, квазары видны на огромных расстояниях. Максимальное красное смещение, которое наблюдалось у квазара, около 5. Это значит, что мы видим объект в момент, когда Вселенная была вдвое моложе, чем сегодня.