Гравитационный парадокс. (Парадокс Неймана - Зелигера).

А знаете ли Вы, в какой Вселенной живете? Что в науке о неживой природе сейчас существуют только две фундаментальные проблемы: физика элементарных частиц и космология?
А у нас очередной физический парадокс ...
Жаль, что без нас, но ученые с ним уже давно справились ...

Вселенная великого И. Ньютона, открывателя Всемирного закона тяготения, автора знаменитого общепризнанного труда «Математические начала», создателя классической физики, была бесконечна в пространстве, равномерно заполнена материей и бесконечна во времени.

В 1874 году немецкий математик К. Нейман, а немного позже и независимо от него немецкийастроном Гуго фон Зелигер, приняв идею Ньютона о бесконечной Вселенной, попробовали применить ко всей бесконечной массе небесных тел, заполняющих мир, закон тяготения Ньютона. Истолкнулись с парадоксом. Получалось, что закон Ньютона, полностью определявший поле тяготения при известном распределений масс в пространстве, приводил к неопределенности, если попытаться распространить его на всю бесконечную массу вселенной.

В этом случае при условии бесконечности Вселенной в каждой точке на материальное тело должна была бы действовать равнодействующая сил «бесконечной» величины. Но разность бесконечностей - всегда неопределенность. Значит, ньютоновская Вселенная неоднозначна, и, следовательно, к ней не применимы никакие законы природы. Таким образом, возник гравитационный парадокс.

Чтобы преодолеть эту трудность, требовалось предположить, что плотность распределения массы по объему быстро и без ограничений падает. Но это сводило представление о бесконечной Вселенной с равномерно распределенным звездным населением ко Вселенной конечной...

Но, по мнению сэра Исаака Ньютона конечная Вселенная существовать не могла. Ньютон писал, что если бы материя находилась в ограниченном объеме пространства, то в силу взаимного притяжения частиц она со временем собралась бы в единое сферическое тело. Лишь вследствие того, что материя рассеяна по всему безграничному пространству, она могла сконцентрироваться не в одно, а в бесчисленное количество космических тел.

Ньютоновская космология зашаталась. Гравитационный парадокс оказался самым серьезным затруднением теории тяготения Ньютона и вызвал беспокойство среди астрономов и физиков.

Для преодоления этого парадокса были предложения изменить формулировку закона всемирного тяготения, несмотря на то, что на протяжении многих лет он подтверждался многими учеными.

Так были попытки разрешить гравитационный парадокс еще в 19 веке. Возникла идея считать, что ньютоновский закон тяготения справедлив только в небольших, «земных» масштабах наблюдаемой Вселенной. В просторах же большого космоса к закону Ньютона надлежало вводить дополнительную постоянную. Тогда гравитационный парадокс, исчезал.

Спасением бесконечной Вселенной занимался и шведский профессор Карл Вильгельм Людвиг Шарлье, который применил новые методы математической статистики и к 1908 году разработал свои основы теории строения Вселенной. В его расчетах появились структуры, подчиняющиеся закону Ньютона без возникновения гравитационного парадокса. Но, все это, к сожалению, были лишь «подгонки решения парадокса» под известный ответ.

«...Сегодня можно смело сказать, что грандиозное здание физики — науки о наиболее общих свойствах и строении неживой материи, о главных формах ее движения — в основном возведено. Остались мелкие отделочные штрихи...» - объявил в 1900 году Вильям Томсон, лорд Кельвин, ученый с мировой славой.

Но прав был физик У. Корлисс, когда сказал: "Время от времени госпожа Природа подкрадывается к ученым и дает им хорошего пинка..."

Наступил новый 20 век, и величественное «здание» классической физики Ньютона, съежилось перед новой физикой — физикой - Теорией Относительности и физикой атомного ядра. Гравитационный парадокс был разрешен в двадцатых годах 20 века А. Эйнштейном после создания им Общей Теории Относительности. Эйнштейновская релятивистская теория уточнила закон Всемирного тяготения для сильных гравитационных полей и стала базой современной космологии.

А опыт показывает, что в реальной нестационарной Вселенной тяготение определяется в основном близкими массами и гравитационное влияние далёких масс пренебрежимо мало, то есть гравитационный парадокс отсутствует.

Источники: Википедия; Томилин А. «Занимательно о космологии».