Физика. 9 класс

Физика: учебник для 9 класса общеобразовательных организаций. М.: Русское слово, 2021.

Автор: кандидат педагогических наук Э.Т. Изергин

Научные редакторы: доктор педагогических наук А.А. Фадеева, член-корреспондент РАО, доктор педагогических наук А.С. Гаязов

Продолжаем изучать достижения башкирских педагогов в области преподавания физики. Прочитав этот учебник, я окончательно решил, что большая часть текста была написана еще в советские времена, да так с тех пор и не редактировалась.

Во-первых, давайте запомним эту классификацию, она нам понадобится чуть ниже. А во-вторых давайте поищем в учебнике определения всех перечисленных видов механического движения.

Равномерным называется движение, при котором за любые равные промежутки времени тело проходит одинаковые пути.

Хорошо, с этим понятно. А неравномерное движение тогда что такое? Определения нет, но, вроде бы, и дураку понятно, что если в процессе движения тела существуют одинаковые по длительности промежутки времени, за которые тело проходит разные пути, то такое движение можно назвать неравномерным. Это чисто математический способ инвертирования логики высказывания.

Определения ускоренного движения в учебнике тоже нет. Странно. Вместо этого есть примеры ускоренного движения, по которым, видимо, автор предлагает ученикам самим придумать определение.

Общее в рассмотренных примерах: движения (шарика, санок, пули, поезда) ускоренные.

В общем, идея в том, что движение является ускоренным, если скорость тела не является постоянной величиной. Но скорость, согласно определению автора, это вектор, длина которого равна перемещению, деленному на время. Этот вектор коллинеарен вектору перемещения. Если скорость тела в векторном смысле постоянна, то путь и модуль вектора перемещения будут равны, а это значит, что движение будет равномерным. Логично?

Значит ли при этом, что если скорость непостоянна, то движение - неравномерное? В логике автора - нет, на самом деле - да, но детали я приведу в рассказе о движении по окружности. А здесь просто факт: неравномерное и ускоренное движение - это одно и то же. 

Вводить понятие неравномерного движения совершенно не нужно, хотя в школьной физике это зачем-то делается. Равномерное движение характеризуется постоянной скоростью, то есть, нулевым ускорением. Неравномерное движение характеризуется ненулевым и, вероятно, меняющимся во времени ускорением. Все. Кстати, автор допускает, что ускорение может иметь отрицательное значение, и это вполне нормально.

Равноускоренное движение при этом является простейшим случаем ускоренного, при котором ускорение постоянно.

Да что ж такое-то... Ты, деревенщина, сам пишешь, что на морской корабль действует дохрена разных сил, как раз вызванных взаимодействием с другими телами, в частности, с водой и воздухом. Какая, нафиг, инерция? Нет уж, ты или используй ньютоновское определение инерции, а не галилеевское, или забудь про корабль.

Галилей, хоть и является первооткрывателем множества механических законов и принципов, свободное движение представлял себе не вполне точно, так что и определение инерции у него слегка некорректно:

...скорость, однажды сообщенная движущемуся телу, будет строго сохраняться, поскольку устранены внешние причины ускорения или замедления, - условие, которое обнаруживается только на горизонтальной плоскости, ибо в случае движения по наклонной плоскости вниз уже существует причина ускорения...

Вот его, собственно, автор и списал себе в учебник. Кроме того, Галилей считал, что движение по окружности также является свободным, поэтому не стоит приписывать Галилею то, чего он не говорил и не писал.

В определении инерции по Ньютону есть существенное уточнение о том, что тело движется по инерции не только при отсутствии взаимодействия, но и в случае, когда все взаимодействия взаимно скомпенсированы.

У автора заело кнопку Ctrl на клавиатуре, поэтому современную формулировку Первого закона Ньютона он не скопировал из нормального источника, а выдумал ее сам.

Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Принципиальнейшим отличием формулировок является то, что в законе постулируется не некое свойство инерциальных систем отсчета, а само существование систем, обладающих данным свойством.

Что если я вам скажу, что задача и сформулирована, и решена некорректно. Почему? Потому что под описание попадают несколько весьма различных сценариев.

Во-первых, немного поворчу, что в условии задачи не указано направление ускорения a, дана лишь оценка его модуля и направление скорости. Так-то двигаться вниз тело может и при ускорении, направленном вверх. Представьте, что нить - это прочная резинка, которая, растягиваясь, замедляет движение тела - именно тот случай, ведь нигде не сказано, что нить нерастяжимая. Но ладно, на картинке вроде нарисовано, что ускорение направлено вниз.

Значит, тело движется вниз, его скорость растет, но при этом медленнее, чем если бы оно просто свободно падало на Землю. Что-то ему мешает, и это, очевидно, сила упругости нити. Но, черти меня дери, сила упругости зависит от длины пружины, не правда ли? В отличие от силы тяжести, изменением которой на малых масштабах можно пренебречь, изменением силы упругости при растяжении нити пренебрегать нельзя. Иначе закон Гука и все прочие упругие деформации смело летят в мусорку. 

Так все же нить нерастяжимая или как? Похоже что да, в противном случае тут в каждый момент времени будет свое значение веса, и без дифференциальных уравнений вообще вряд ли можно будет эту функцию отыскать. Но тогда как все это происходит?

Остается единственный сценарий: тело привязано к нерастяжимой нити, которая прикреплена к подвесу, и вся эта конструкция вместе движется вниз с ускорением a. То есть, говоря проще, это движущийся вниз лифт, и требуется узнать, сколько он весит в момент начала движения. Тело - лифт, нить - трос, а электроника лифта снижает ускорение, чтобы пассажиры в момент старта не бились головой в потолок. Такая модель понятна, но в условии все эти детали почему-то отсутствуют.

Ну тогда уж не "ракетный", а "реактивный", это во-первых, но и он является далеко не единственным способом перемещения тела без взаимодействия со средой.

Солнечный парус изобрели много лет назад и даже тестировали неоднократно. Он позволяет перемещаться в космосе без взаимодействия со средой и первым эту технологию опробовал японский космический аппарат IKAROS в 2010 году. Нельзя сказать, что он дает гигантское ускорение, зато и топливо с собой тащить не надо. Фотоны, за счет давления которых движется парус, средой в классическом понимании не являются - это кванты электромагнитного поля, энергию которого и использует корабль.

Другой пример перемещения тела без использования ракетной тяги, который используется уже очень давно - это гравитационный маневр. Идея та же - использовать энергию некоего поля, в данном случае - гравитационного. Практически все межпланетные космические аппараты, отправленные в космос до сегодняшнего дня, получали дополнительное (и очень значительное) ускорение за счет правильно подобранной траектории движения. Пролетая мимо крупной планеты, аппарат использует энергию ее гравитационного поля, за счет чего изменяется его траектория и существенно увеличивается скорость. Самый быстрый рукотворный объект в космосе на данный момент - американский космический зонд Паркер, созданный для исследования Солнца. За счет неоднократных гравитационных маневров возле Венеры его максимальная скорость составила 690 000 км/ч или 191 км/с. Никакие ракеты с реактивными двигателями не смогли бы разогнать зонд до такой скорости - потребовалось бы такое неимоверное количество топлива, что его попросту не получилось бы поднять в космос.

Кстати, а в какой момент мы все привыкли видеть работу ракетного двигателя? Правильно, на старте ракеты. Дым, пламя, гигантская ракета (а она и правда здоровенная) начинает медленно двигаться вверх, отходят направляющие стойки, отсоединяются кабели и трубопроводы - все много раз видели этот процесс по телевизору. Затем, разгоняясь, ракета взлетает, на определенной высоте отсоединяется первая ступень, включаются двигатели второй ступени. Это все так называемые маршевые двигатели.

Задача маршевого ракетного двигателя проста - вывести полезную нагрузку (орбитальный спутник, межпланетный аппарат, многоразовый космический корабль, зонд) на расчетную траекторию, после этого будет не нужна ни ракета, ни ее двигатели. А ведь это все происходит не в космосе, а в самой что ни на есть атмосфере. Что, на стартовой площадке у нас безвоздушное пространство, что-ли? А в космосе ракеты не летают - нечего им там делать. Подняв спутник или зонд до требуемой высоты и сообщив ему достаточную начальную скорость, последняя ступень ракеты вместе с двигателями отсоединяется и падает вниз. Сейчас научились эти ступени ловить и использовать повторно, раньше они просто падали в океан и тонули.

А в космосе остается небольшой по сравнению с размерами изначальной громадины аппарат. У него нет маршевых двигателей, да и запас топлива очень ограниченный. У аппарата, как правило, есть несколько маневровых двигателей (да, это реактивные, но не ракетные двигатели) очень небольшой мощности, которые нужны для корректировки положения в пространстве, только и всего. Конечно, межпланетные станции, предназначенные для посадки на поверхность небесного тела, имеют для этого специальные двигатели, а лунные посадочные модули еще и взлетать умели, но все это очень большая экзотика - буквально единичные экземпляры по сравнению с десятками тысяч обычных космических аппаратов.

Второй перл на той же странице относится к ракете "Спейс шаттл". Черт... Space Shuttle - это не ракета и даже не космический корабль, это название части американской космической программы, предполагавшей создание системы многоразовых космических кораблей для доставки грузов на околоземную орбиту. Это было начало семидесятых годов, станции "Мир" и, тем более, МКС, тогда еще не существовало, и американцы задумали построить первую в истории космическую станцию.

Предполагалось, что несколько космических кораблей многоразового использования будут поочередно летать туда-обратно, доставляя в космос все необходимое. Поэтому и название такое, shuttle по-английски - челнок. Ракетами эти корабли не назывались никогда, поскольку ракета - это летательный аппарат вполне конкретной конфигурации с вполне конкретными характеристиками. Мы все знаем как выглядит ракета - шаттл на нее ни разу не похож. Было построено пять аналогичных аппаратов, получивших собственные имена "Columbia", "Challenger", "Dicovery", "Atlantis" и "Endeavor". По классификации конструкторов они назывались орбитальными ракетопланами или орбитерами, но позднее их начали называть просто челноками или шаттлами.

Взлетали они, будучи прикрепленными к здоровенным топливным бакам - на фото в учебнике запечатлен первый старт шаттла "Колумбия" 12 апреля 1981 года. Так и надо было писать - старт шаттла "Колумбия", а не ракеты "Спейс шаттл". 

Приземление аппарата происходило за счет торможения в верхних слоях атмосферы и планирования с высоты по глиссаде в направлении взлетно-посадочной полосы. Кстати, если вы считаете, что многоразовые космические корабли типа советского "Бурана" или американского "Дискавери" имели реактивные двигатели, то ничего подобного. Варианта включения двигателей для ухода на второй круг в случае каких-то проблем, как это предусмотрено на пассажирских самолетах, на этих кораблях не было никогда.

Все, зовите санитаров... Дядя, ты слово "герц" слышал? А, выясняется, что слышал - через 14 страниц в разделе о колебательных движениях мы узнаем, что единицей измерения частоты является именно герц. А нахрена нам один оборот в секунду тогда? Нет такой единицы измерения... хотя, может, в Башкирии есть - не знаю.

Оказывается, что если тело совершает полный оборот, то его частоту надо измерять в оборотах в секунду, а если неполный, то есть, колеблется, то в герцах.

Значит так, давайте уже договоримся, что есть системные единицы измерения и внесистемные. Международная система единиц измерения СИ (Système international d'unités) включает в себя 7 констант, 7 базовых единиц измерения и 22 производных единицы. Стоит их перечислить, поскольку в школе их почему-то не изучают.

Константы (без значений, чтоб не перегружать):
- c - скорость света в вакууме;
- h - постоянная Планка;
- e - элементарный электрический заряд;
- ∆νCs - частота перехода между двумя сверхтонкими уровнями атома цезия-133;
- k - постоянная Больцмана;
- NA - постоянная Авогадро;
- Kcd - световая эффективность монохроматического излучения с частотой 540 × 1012 Гц.

Обратите внимание, что фундаментальные физические константы и константы СИ - совсем разные вещи.

Базовые единицы измерения:
- метр - единица измерения длины;
- секунда - единица измерения времени;
- моль - единица измерения количества вещества;
- ампер - единица измерения силы тока;
- кельвин - единица измерения температуры;
- кандела - единица измерения интенсивности света;
- килограмм - единица измерения массы.

Производные единицы измерения:
- герц - единица измерения частоты;
- радиан - единица измерения величины плоского угла;
- стерадиан - единица измерения величины пространственного угла;
- ньютон - единица измерения силы;
- паскаль - единица измерения давления;
- джоуль -  единица  измерения энергии;
- ватт - единица измерения мощности;
- кулон - единица измерения электрического заряда;
- вольт - единица  измерения электрического напряжения;
- фарад - единица измерения электрической емкости;
- ом - единица измерения электрического сопротивления;
- сименс - единица измерения электрической проводимости;
- вебер -  единица измерения магнитного потока;
- тесла - единица измерения магнитной индукции;
- генри - единица измерения электрической индукции;
- градус Цельсия - единица измерения температуры;
- люмен - единица измерения светового потока;
- люкс - единица измерения освещенности;
- беккерель - единица измерения радиоактивности;
- грей - единица измерения поглощенной дозы излучения;
- зиверт - единица измерения эквивалентной дозы излучения;
- катал - единица измерения каталитической активности.

Ну что, есть тут где-то обороты в секунду? А им там взяться неоткуда, поскольку обороты в секунду - это чисто техническая и совершенно внесистемная единица измерения частоты вращения чего-либо. Ну так и массу можно в фунтах мерить, и длину в локтях, и мощность в лошадях. Никто не мешает, только если мы изучаем азы науки, то не надо сразу выбивать из-под этой науки опору. Потом переучиваться будет сложно, ейбог.

Забавно, что в дальнейшем автор фактически доказал, что вращательное движение - это частный случай колебательного, ведь проекции тела на координатные оси при движении по окружности совершают именно колебательные движения. 

Нет, с этим определением я спорить не собираюсь, пусть остается как оно есть. Вопрос в другом - я обещал вернуться к классификации видов механического движения, которая приведена в самом начале учебника. Отлистайте эту страницу наверх, там есть диаграмма, говорящая, что движение делится на равномерное и неравномерное. К неравномерному относится, в частности, ускоренное, а к ускоренному - равноускоренное. Вот теперь вопрос - а равномерное движение по окружности куда поместить? Это же ведь тоже механическое движение, правда?

Неудобно получилось... с одной стороны автор сам назвал это движение равномерным, так что и вопрос вроде глупый. Есть два вида равномерного движения - по прямой и по окружности, и не надо усложнять.

Да, но при движении по окружности вектор скорости меняет направление, и, кроме того, там постоянно присутствует ненулевое ускорение. Значит движение неравномерное. Тогда тоже как-то глупо выходит - называть неравномерное движение равномерным не слишком корректно, правда?

Автор, естественно, в подобные сложности не углубляется, а зря, поскольку получается, что его классификация видов механического движения попросту неверна.

Представьте, приходит ученик на урок химии, и там ему рассказывают о строении атома, электронных орбиталях, может быть даже об sp-гибридизации, ковалентных связях... И ученик, если он толковый, знает, что круговая даже не орбита, а орбиталь, это s-орбиталь. А у p-орбитали форма восьмерки, форму d-орбитали даже представить сложно, а уж воспроизвести форму f-орбитали вообще нереально.

А потом тот же ученик приходит на урок физики, и ему говорят, что все электроны движутся по круговым орбитам. И у ученика возникает соблазн устроить учителям химии и физики очную ставку, чтобы выяснить, кто из них врет.

Разумеется, врет физик. Поразительно, что в следующем параграфе автор рассматривает планетарную модель атома и совершенно справедливо замечает, что она оказалась несостоятельной. Зачем же тогда в самом начале главы выписывать ложные утверждения?

В современном понимании электрон в атоме вообще никуда не движется ни по круговым орбитам, ни по каким-либо еще. Модель атома по Бору является намного более точной, но предполагает отказ от классических представлений о физике. Не даром Нильс Бор является одним из основателей квантовой механики.

Вроде и не ошибка, скорее, недочет, но довольно принципиальный.

β-излучение это поток электронов?.. Нет, не совсем. Дело в том, что есть два вида β-частиц, два вида β-излучения и, соответственно, два варианта β-распада.

β--частицы - это электроны, а вот β+-частицы - это их полная противоположность позитроны. Нейтральный нейтрон при определенных условиях может превратиться в протон, электрон и антинейтрино (об этих частицах я ничего говорить не буду) - это схема так называемого β--распада. При этом протон остается в ядре, а электрон и антинейтрино его покидают. Вместо нейтрального нейтрона в ядре появляется положительно заряженный протон, и заряд ядра действительно увеличивается на единицу.

Существует, однако, и β+-распад, при котором превращение претерпевает протон, а не нейтрон. Это чуть более экзотический, но вполне реальный вариант распада и, соответственно, тип β-излучения. При распаде протона нейтрон остается в ядре, а позитрон и нейтрино из него вылетают. Как несложно заметить, заряд ядра при этом уменьшается на единицу. Такой тип распада используется в медицинских приборах, называемых позитронными томографами - они целенаправленно излучают поток позитронов, просвечивая ткани организма. Позитроны, сталкиваясь с электронами атомов, из которых состоят ткани, превращаются в фотоны (этот процесс называется аннигиляцией), которые регистрирует аппаратура томографа. В результате собирается информация о внутренней структуре органов, возможных дефектах или заболеваниях и так далее.

Существует, кстати, еще один тип β-превращения, в ходе которого ядро захватывает из своей электронной оболочки один электрон. В результате один из протонов превращается в нейтрон (заряд уменьшается на единицу), а из ядра вылетает нейтрино. Такой процесс называется электронным захватом, и он не сопровождается никаким из видов радиоактивного излучения.

Стоит также отметить, что β-- и β+-распады происходят в результате взаимодействия, которое автор даже не упоминает в учебнике. За несколько страниц до этой было рассмотрено фундаментальное взаимодействие, называемое "сильным ядерным" или просто "сильным". Оно, в частности, отвечает за притяжение между нуклонами в ядре. А вот за β-распад отвечает еще один, четвертый и последний из известных науке, вид фундаментального взаимодействия, называемый "слабым ядерным" или "слабым". Его эффективный радиус действия 2⋅10−18 м, что намного меньше радиуса нейтрона, так что в обычном мире оно никак себя не проявляет.

Прелестно! Столь неаккуратное обращение со словами выдает истинного гуманитария.

Чуть ли не важнейшим нерешенным вопросом современной космологии является вопрос о конечности Вселенной. Никто не знает точно, в какой именно Вселенной мы живем, все зависит от средней плотности вещества, подсчитать которую крайне сложно. Результаты противоречивы, в одних случаях получается, что плотность достаточна для того, чтобы Вселенная была замкнутой, то есть, конечной. В других - что она бесконечна. Сюда добавляются эффекты, связанные с темной материей, увеличивающей среднюю плотность.

Дело в том, что согласно Общей теории относительности, массивные тела искривляют пространство. Именно этот эффект известен нам как гравитация, а какого-то особенного гравитационного притяжения не существует. "Массивные тела" означает "имеющие массу" или "обладающие энергией", поскольку масса и энергия в теории Эйнштейна, эквивалентны. Если массы и энергии во Вселенной достаточно, то кривизна пространства может быть такой, что Вселенная получается замкнутой сама на себя. Представить, как может быть замкнуто трехмерное пространство, крайне тяжело, но для двумерного - все гораздо проще. Поверхность сферы тому пример. Вот что-то подобное может происходить и в нашем мире.

Если же массы и энергии недостаточно, то кривизна пространства мала, и оно простирается во все стороны бесконечно. Пока что мы знаем, что диаметр наблюдаемой части Вселенной - примерно 93 миллиарда световых лет, но что происходит вне наблюдаемой части, и каков реальный размер Вселенной не знает никто.

Но автор решил, что пространство бесконечно. Или это был эпитет? Если так, то крайне неудачный.

Странные представления у автора о нашей Галактике и объектах в ней. Начнем с названия. Слово "галактика" - греческое, точнее - древенегреческое. В переводе γαλακτικός (галактикос) означает, сюрприз-сюрприз, молочный.

Древние греки каждую ночь видели над головой гигантскую полосу белесого цвета - примерно такую, как изображена на рисунке. Они не знали, как устроен космос и Вселенная, понятия не имели о других галактиках, для них это было молоко богини земли Геры. Соответственно, наблюдаемый объект они назвали "молочным кругом", что позднее сократилось до слова γᾰλαξίας, произносящегося как галаксиас. Английское galaxy, французское galaxie, немецкое Galaxis, испанское galaxia, итальянское galassia - это все оттуда.

На Руси и на востоке Европы были свои собственные верования, и греческих названий не требовалось. Поэтому в восточноевропейские языки уже в относительно недавнее время попали производные от изначального γαλακτικός. Русское, украинское и болгарское галактика, белорусское галактыка, польское galaktyka. Но под всеми этими словами люди разных стран и эпох понимали одно и то же - белесую полосу света на ночном небе.

В 17 веке Галилей обнаружил, что полоса представляет собой скопление звезд, и постепенно ученые стали понимать, что именно они наблюдают. Более или менее полная картина сформировалась в 19 веке, когда ученые пришли к выводу, что "молочный круг" и есть наша Галактика.

До начала 20 века считалось, что Вселенная и Галактика - суть одно и то же, никто на тот момент не видел каких-то внегалактических объектов. Но потом была открыта туманность Андромеды и несколько других звездных скоплений. Исследования показали, что туманность и скопления представляют собой такие же объекты, как и наша Галактика, просто удаленные на невообразимые расстояния. Потом нашли еще, еще и еще... Ну и раз эти объекты похожи на Галактику, то их перестали называть туманностями и скоплениями, и начали называть галактиками. Просто имя собственное стало нарицательным - обозначением целого класса похожих космических объектов.

Теперь мы знаем, что во Вселенной триллионы галактик, а может и больше. Что есть так называемая Местная группа, куда вместе с нашей входят галактики Андромеды, Треугольника, Магеллановы облака и еще около сотни галактик. Местная группа является частью сверхскопления Девы, куда входит порядка 30 тысяч галактик, а сверхскопление Девы входит в сверхскопление  Ланиакея, состоящее из 100 тысяч галактик. Ланиакея включена в состав комплекса сверхскоплений Рыб - Кита и так далее. 

Во Вселенной есть причудливые и загадочные места типа Великого Аттрактора, являющегося центром Ланиакеи, есть гигантские галактические стены типа Великой Стены Геркулес - Северная Корона, и есть не менее впечатляющие пустоты типа войда Волопаса.

Наша Галактика на этом фоне одна из многих миллиардов таких же галактик. Но когда мы пишем Галактика с большой буквы, это по-прежнему имя собственное и обозначает оно все ту же белесую полосу света. В средние века "круг" заменили на "путь", вот и все. Английское название нашей Галактики - Milky Way (молочная дорога), немецкое - Milchstraße (молочная улица), испанское - Vía Láctea (тоже молочная улица), итальянское - via Lattea, французское - Voie lactée... по-моему, все однозначно. Так что Млечный Путь - это не скопление звезд нашей Галактики, это она сама и есть - то, как мы видим ее, находясь в одном из ее спиральных рукавов.

Второй момент касается количества звезд в Галактике. "Более 2 миллиардов" - нельзя сказать, что это неправильная оценка, но уж больно скромная. По современным данным в нашей Галактике содержится от 100 до 400 миллиардов звезд. Чуть больше, чем пишет автор, не правда ли?

Наконец, третий момент - что там с галактиками, видимыми невооруженным глазом? Андромеда - да. Большое и Малое Магеллановы облака - да. Совершенно точно подтверждено, что невооруженным взглядом видна галактика Треугольника. Кроме этих четырех галактик люди с острым зрением при чистом небе в безлунную ночь способны рассмотреть галактики М81 (в направлении созвездия Большой Медведицы) и М83 (в направлении созвездия Гидры).

Иногда гуманитарная сущность автора просто прорывается, требуя, вместо холодного и точного описания сути явления, различных гипербол, метафор и так далее. Похоже, что по части космологии у него совсем все плохо.

Расстояния очень велики. Ну да, велики, если сравнивать с размерами Солнечной системы. А если сравнивать с размерами нашей Галактики, то не так они и велики. Ближайшая к нам галактика находится на расстоянии всего 25 тысяч световых лет от Земли в направлении созвездия Большого Пса. Это в четыре раза меньше диаметра Млечного Пути, ни о каких десятках миллионов световых лет тут речи не идет.

Ближайшая сравнительно крупная галактика - Большое Магелланово облако, она находится на расстоянии в 160 тысяч световых лет от нас, что тоже вполне сравнимо с размерами нашей Галактики.

Ближайшая галактика, сравнимая с нашей, а точнее даже превосходящая нашу по размерам, это галактика Андромеды, расположенная в 2.5 миллионах световых лет. Опять никаких "десятков миллионов".

Разумеется, можно без труда найти галактики, которые расположены в десятках миллионов световых лет от нас, но откуда автор взял эту цифру - совершенно непонятно. Самая далекая из обнаруженных на данный момент галактик находится на расстоянии в 13.5 миллиардов световых лет, что намного больше указанного автором числа.

Кроме того, говорить, что расстояния между галактиками с течением времени увеличиваются, не совсем корректно. Как известно, внутри Местной группы многие галактики движутся навстречу друг другу. По оценкам ученых Магеллановы облака столкнутся с Млечным Путем примерно через 4 миллиарда лет, а через 5 миллиардов лет произойдет эпическое столкновение нашей Галактики с галактикой Андромеды. Все эти галактики в данный момент движутся навстречу друг другу, стало быть, расстояния между ними уменьшаются.

Есть примеры и в намного большем масштабе. Я уже упоминал Великий Аттрактор - центр сверхскопления Ланиакея, состоящего из ста тысяч галактик. Масса Аттрактора примерно в тысячу раз больше массы Млечного Пути, он представляет из себя компактное скопление из нескольких тысяч галактик, и большая часть галактик Ланиакеи движется в его сторону, включая, кстати, и Млечный Путь, который летит к нему со скоростью 600 километров в секунду.

Это тоже не все - Великий Аттрактор, в свою очередь, увлекает всю Ланиакею в сторону сверхскопления Шепли, которое превосходит Аттрактор по массе примерно в 4 раза. В общем, галактики очень даже притягиваются друг к другу.

Расширение Вселенной и "разбегание галактик", о котором пишет учебник, с галактиками никак не связано. Дело в том, что под действием неизвестных пока что сил меняется само пространство-время - оно как бы растягивается, в результате чего расстояния между объектами увеличиваются. Этот процесс идет и на атомном уровне, и на уровне галактик, просто его количественные параметры настолько малы, что становятся измеримыми только в космических масштабах. Примерное значение скорости расширения составляет 70 километров в секунду на мегапарсек. Диаметр Млечного Пути равняется примерно 30 килопарсекам, то есть, грубо, каждую секунду за счет расширения пространства Млечный Путь увеличивается на 2 километра. Заметить такое изменение на отрезке длиной 100 тысяч световых лет, разумеется, невозможно, эффект проявляется заметнее на расстояниях в десятки и сотни миллионов световых лет. Например, галактика, расположенная от нас на расстоянии в 10 миллиардов световых лет, удаляется в сто тысяч раз быстрее, чем растет Млечный Путь, то есть, со скоростью около двухсот тысяч километров в секунду. Это уже сравнимо со скоростью света, и такое перемещение заметить относительно легко.

Так что космологическое расширение Вселенной - это научный факт, но скорость разбегания галактик становится заметной, если галактики удалены на расстояния, измеряемые десятками и сотнями миллионов световых лет. А если они находятся рядом, то гравитация часто побеждает, заставляя их двигаться навстречу друг другу.

Отмечу, что при космологическом расширении речь не идет о классическом перемещении массы, равной массе галактики, в космическом пространстве - растягивается само пространство, что и вызывает видимое "разбегание галактик". Это, в частности, приводит к двум кажущимся парадоксам. Во-первых, разбегание может происходить быстрее скорости света. Такие галактики мы попросту не видим, поскольку свет от них движется медленнее, чем увеличивается расстояние между нами.

Во-вторых, видимый край Вселенной сейчас находится на расстоянии в 46 миллиардов световых лет от нас, а не 13.8 миллиардов, как было бы логично предположить. Оба парадокса не являются таковыми и не нарушают никаких фундаментальных законов природы, но в рамках классического представления о физике без применения теории относительности Эйнштейна их объяснить невозможно.

Так вот. Поскольку механизм расширения пространства до конца не изучен, то и выводы о "разбегании галактик" надо делать с осторожностью. Кто знает - может где-то на краю Вселенной расширение уже сменилось сжатием, просто в своих наблюдениях мы этого еще не заметили.

Ну и последнее. То, что мы видим на данный момент, говорит об обратном - в видимой части Вселенной пространство не просто расширяется, а расширяется с ускорением, и скорость разбегания галактик, таким образом, не пропорциональна расстоянию между ними. За это открытие в 2011 году трое ученых получили Нобелевскую премию.

Скажем прямо, это не самая свежая интерпретация теории Большого взрыва. Нечто подобное описывалось в книге советского астрофизика Игоря Новикова "Как взорвалась Вселенная" из серии "Библиотечка Квант", выпущенной в 1988 году.

Про среднюю плотность вещества я упомянул чуть выше - это действительно важный параметр, но в 1998 году было открыто ускоренное расширение Вселенной, что совершенно не соответствовало ни одной из существовавших на тот момент моделей эволюции Вселенной. Так что плотность перестала играть здесь решающую роль, и теперь физики пытаются понять, что такое темная энергия, поскольку похоже, что именно ее вклад является решающим при выборе модели. Увы, но до сих пор про эту субстанцию практически ничего не известно.