ВІРТУАЛЬНА ОБСЕРВАТОРІЯ «СИМУЛЯТОР ПАРАЛЕЛЬНИХ СВІТІВ»

О.О. Дунець, 9 клас,  Львівський технологічний ліцей

Науковий керівник: В.О. Драпака 

Педагогічний керівник: В.М. Пострільоний 

Актуальність теми. Динамічний розвиток астрономії спричиняє   величезний потік наукової інформації, яку  часто засоби масової інформації  подають сенсаційно, оперуючи  загадковими поняттями на кшталт темної енергії чи темної матерії. Шкільний курс астрономії  теж не подає ґрунтовних відомостей та уявлень про Всесвіт.

Відомо, наприклад, що усі тіла в Всесвіті, який постійно розширюється,  створюють навколо себе відповідні гравітаційні поля, що поширюються на світовий простір і також повинні  розширюватися і змінюватися.  Тобто, величину гравітаційної сталої можна вважати константою лише умовно,  для коротких (в космічному масштабі) проміжків часу.

З метою більш осмисленого  світосприйняття з вищим рівнем наочності створено багато різних  гравітаційних симуляторів як візуальних наочних посібників з небесної механіки. Проте, інтерес до більшості з них швидко втрачається,  бо вони   демонструють певні незмінні взаємодії без показу глибинної суті процесів,  що відбуваються у Всесвіті.

Мета дослідження полягала у розробці віртуальної обсерваторії – симулятора паралельних світів,  у який можна було би відтворити будь-який, навіть найфантастичніший сценарій гравітаційної взаємодії тіл.

І дослідивши еволюцію таких вкрай незвичних систем,  можна  краще осмислювати глибинну сутність еволюції нашого власного Всесвіту.

Мета та короткий виклад основних положень проекту. Метою проекту є розробка комп’ютерної програми,  в якій  усі астрономічні параметри  будуть функціями часу та  відстані. Підбираючи  вигляд цих функцій, ми домагатимемося того, щоб модельний  рух тіл якомога точніше відповідав тому руху, який спостерігають астрономи.

Після ознайомлення в Інтернеті з численними варіантами симуляторів руху сонячної системи і галактик було вирішено розробити комп’ютерну програму гравітаційного симулятора, в якому  в якому би  функції взаємодії тіл були б додатково і функціями часу.

 Гіпотеза.  За рахунок введення модельних параметрів  як функцій відстані та часу, і досягнення такого стану моделі, коли вона буде адекватна  результатам візуальних спостережень, можна краще зрозуміти внутрішню механіку Всесвіту і побудувати його більш коректну модель.

Методи дослідження.  Для моделювання було написано програму-симулятор гравітаційної взаємодії.

При створенні комп’ютерної програми  моделювання гравітації  відповідало  відомій формулі Ньютона:  F=g*M*m/R~step (step=2), але з можливістю введеня залежності  g=g(R,T) ,  або step=2*F(R,T) .

 Коли ж ми введемо в модель обмежену швидкість гравітації, то вона буде приблизно рівною швидкості світла, але функцією від відстані і часу.

V=V(R,T)  

В той же час можна ввести і зовсім інші закони взаємодії, наприклад в тій самі формулі Ньютона :  F=g*M*m/R~step  ,  взяти step=3,  4, 5… і

 Тобто можна дослідити, що відбуватиметься в такому новому всесвіті, щоб  краще зрозуміти, чому наш Всесвіт є саме таким.

Результати експериментів. Оскільки ми намагаємося емпірично зрозуміти, а  радше  вгадати реальні закони взаємодії тіл у Всесвіті, потрібно визначити, які ефекти спричиняють ті чи інші зміни параметрів. Усвідомивши якісну картину процесу, в наступних модельних експериментах можна конкретніше добирати параметри, намагаючись досягти кращої відповідності результатів моделювання астрономічним даним. Якщо відкинути всі інші чинники і розглянути лише обертання Землі навколо Сонця, то зробивши річний виток Земля ніколи не прийде в ту саму точку, де вона була рівно рік тому, оскільки вона додатково потратила якусь енергію на зміну власного гравітаційного поля у Всесвіті, що розширився на один світловий рік. але наявні астрономічні прилади не мають достатньої роздільної здатності, щоб це визначити. Але може бути і так, що прискорене розширення Всесвіту спричинене не загадковими «темними факторами», а тим  що фізичні величини, котрі ми сприймаємо як константи, на справді є змінними і еволюціонують разом з Всесвітом. Просто ця еволюція відбувається дуже повільно і ми просто не маємо приладів достатньої точності, щоб це визначити. Втім наш стимулятор дозволить з часом прорахувати і такий ефект. Наприклад, при моделюванні взаємодії двох тіл було прораховувано три різні траєкторії для трьох випадків гравітаційної сталої: 1) стабільної , 2) зростаючої,   3)  спадної.  Вже з першого витка траєкторії  почали розходитися, хоча її зміна  складала 0,001% за один  виток.

Висновки.  Проект «Віртуальна обсерваторія «Симулятор паралельних світів» виявився вдалим в якості наочного посібника  з астрономії для навчальних закладів. Гравітаційний симулятор візуально, в доступній формі  дозволяє краще осмислювати дуже складні процеси взаємодії небесних тіл та наштовхує до спроб розгадки внутрішньої будови Всесвіту.

Шляхи подальшого розвитку дослідження. Необхідно домогтися підвищення точності обчислень. а також розробити кращі способи наочної демонстрації отриманих результатів, коли кількість циклів становить мільярди і трильйони.

Поки що, через слабкість комп’ютерної техніки і обумовлену цим низьку точність обчислень,  не вдається змоделювати рух галактик, який би відповідав астрономічним спостереженням і не потребував таких сутностей, як темна матерія і темна енергія.