EmDrive. Нарушая законы физики


Многие ученые считают, что человеческое бессмертие будет достигнуто до начала эры межзвездных путешествий. Конечно, кажется немного странной мысль, что мы найдем способ жить вечно. Эту способность мы считаем божественной и сверхмощной. Тем более удивительно, что это, вероятно, произойдет прежде, чем мы создадим технологии для посещения ближайших звездных систем.

Межзвездные корабли

Наши фантазии о межзвездных кораблях могут быть реализованы лишь через сотни или тысячи лет. Учитывая тот уровень технологий, который мы имеем сегодня, даже межпланетное путешествие в пределах нашей собственной Солнечной системы является медленным и неэффективным. Только новые прорывные открытия помогут нам когда-нибудь посетить далекие экзопланеты. Или даже просто полететь на Марс с меньшими затратами и риском для команды космического корабля.

Современные энтузиасты предлагают к рассмотрению несколько технологий для путешествий на большие расстояния. Это, например, дисковые приводы Alcubierre, или прямоточные машины Bussard. Но лишь немногие из них являются такими же противоречивыми, как технология EmDrive.

Технология EmDrive

Эта концепция впервые была предложена в конце 1990-х годов авиационно-космическим инженером Роджером Шойером. Он создал и протестировал свою собственную версию конструкции. EmDrive позиционируется им как способ путешествовать в пространстве без использования топлива.

Необходимость иметь с собой большие запасы топлива ограничивает возможности существующих химических ракет. В том числе и потому, что это топливо должно быть использовано не только для преодоления гравитации Земли. Но и для торможения при достижении пункта назначения. Поэтому очевидно, что если не нужно везти с собой топливо, космическое путешествие может стать значительно быстрее и эффективнее. И будет гораздо дешевле. Очевидно, что межзвездное путешествие с использованием обычных ракет невозможно. Потому что потребность ракетном топливе для такой миссии будет слишком высока.

Вот почему такие проекты, как EmDrive – это мечта. Но возможна ли их реализация?

EmDrive
Иллюстрация EmDrive. Изображение от Getty Images.

Чтобы понять, как работает этот привод (который можно отнести к категории СВЧ-резонатора), представьте медный цилиндр. Его диаметр на одном конце больше, чем на другом. Оба конца плоские. Внутри цилиндра – микроволны, которые, как и другие формы электромагнитного излучения, оказывают давление на поверхность камеры. Таким образом, внутреннее поле может обеспечивать давление и ускорение на одном конце конуса из-за его формы. Это создает тягу без использования топлива. Поскольку для запуска привода требуется начальная мощность, которая затем может быть преобразована в тягу, EmDrive сравнивают с вечным двигателем. Это устройство может продолжать работать без постоянного источника энергии.

И поэтому лаборатория NASA Eagleworks решила создать свою собственную модель привода для проведения его испытаний.

Испытания НАСА

Результаты проведенных исследований, опубликованные в статье 2016 года , показали, что EmDrive генерирует положительную тягу на разных уровнях мощности (40, 60 и 80 Вт), а также в жестком вакууме и обычном воздухе при атмосферном давлении. Проблема с испытаниями при атмосферном давлении заключается в том, что тепловая конвекция в воздухе может исказить результаты испытаний и создать тягу, которой на самом деле нет. Но когда эксперимент был повторен в вакууме, сила тяги осталась прежней. Ее значение измерялось торсионным балансом – металлической проволокой с подвесным противовесом.

Общая наблюдаемая сила составляла около 1,2 миллиньютона на киловатт. Это невероятно маленькая цифра. И она была намного меньше, чем та, которую Шойер наблюдал в своих собственных тестах. Но тем не менее, это был положительный результат. Устройство, работа которого противоречит представлениям современной физики – работало! И НАСА было не единственной организацией, которая наблюдала подобные результаты работы EmDrive. Исследователи из Северо-Западного политехнического института в Сиане, Китай, и сотрудники американской компании Cannae также сообщили о положительных результатах.

Нарушая физику

Проблема с EmDrive заключается в том, что он работает, нарушая закон сохранения импульса. Это тот же закон, который требует, чтобы ракеты отбрасывали материал назад для осуществления движения вперед. Третий закон Ньютона гласит о том, что каждое действие имеет равную и противоположную реакцию. Но внутри EmDrive не происходит никакого действия, которое должно создать ускорение. Потому что это закрытая система, и импульс внутри конуса просто перераспределяется. Этот привод к тому же нарушает постулаты специальной и общей теории относительности. А также теорему Нётер. Это означает, что если устройство действительно работает – это противоречит нашему пониманию современной физики.

 

другая физика
Чтобы объяснить, как работает EmDrive, ученые используют теорию волны-пилота, чтобы превратить квантовый вакуум в среду, с которой привод может обмениваться импульсами. Но это противоречит квантовой теории поля, которая утверждает, что невозможно использовать вакуум таким образом.

 

Пока что все объяснения свойств EmDrives основаны на теории волны-пилота, которая вытекает из квантовой физики. Однако ученые утверждают, что в устройстве нет ничего квантового. И наблюдаемые эффекты должны иметь объяснение, основанное на общей теории относительности и электромагнетизме Максвелла.

Так как это работает?

Итак, так что же наблюдало NASA при испытаниях EmDrive? Группа немецких ученых провела аналогичные испытания и пришла к выводу, что положительная сила, описанная в статье НАСА, была вызвана взаимодействием силовых кабелей привода и магнитного поля Земли. Ученые использовали специальный экран, чтобы блокировать большую часть магнитного поля. Но даже в этом случае взаимодействие все еще наблюдалось. Во время испытаний немецкая команда также уменьшила количество энергии, идущей на диск, предотвращая отскакивание микроволн внутри конуса. Тем не менее, положительная направленность возникающей силы осталась. Это ясно показало, что результат был вызван внешними источниками, а не собственной внутренней системой.

Но помимо влияния магнитного поля Земли, еще несколько процессов могут генерировать тягу. К ним относятся, например, магнитное взаимодействие, выделение газа, воздушные потоки и вибрация. Поэтому на сегодняшний день данные, полученные в ходе работ Шойера и его последователей кажутся неубедительными.

Однако это не значит, что мы полностью разочаровались в этой идее. Только в прошлом году DARPA заключила контракт на 1,3 миллиона долларов в попытке согласовать современную физику с EmDrive. В случае успеха технология сократит стоимость космических запусков в десять раз, позволит создать более изящный дизайн космического корабля и позволит спутникам дольше оставаться на орбите.

Если нам удастся продлить нашу жизнь – или даже жить вечно – возможно, наступит день, когда мы сможем создать работающий EmDrive, который будет работать, а не нарушать законы мироздания. Или, может быть, мы доживем до того дня, когда будет разработан другой способ межзвездных путешествий. В конце концов, если мы сможем жить вечно, какие технологии будут нам доступны через несколько сотен лет? Или даже несколько тысяч?

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.


Комментарии:

Оставьте комментарий

Войти с помощью: 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: