Содержание
К звездам на микроволновке: загадочная история EmDrive : kiri2ll — LiveJournal
Уверен, что многие интересующиеся технологическими новинками и изобретениями хотя бы раз, но слышали про EmDrive. Он же «невозможный двигатель», «двигатель нарушающий законы физики», «двигатель который изменит весь мир» и т.д. и т.п. Ничего удивительного, ведь эпопея с EmDrive длится уже 16 лет и конца и края ей пока что не видно.
И вот, по просьбе одной известной IT-компании, попросившей сохранить свое имя в секрете (да, белорусский маркетинг настолько суров), я сделал небольшой обзор, посвященный этому изобретению. Без ухода в квантово-механические дебри — просто история появления двигателя, хронология связанных с ним событий, что известно о его авторах, и как он воспринимается научным сообществом. Т.е. чтобы каждый мог составить общее представление о том, как началась вся эта история, и кто в ней участвует. По интересному совпадению, буквально в тот день, когда я взялся за этот материал, об EmDrive снова заговорили в СМИ.
Так что мне даже не пришлось искать повода для публикации — он сам пришел в руки. Что ж, начнем, пожалуй, с самых основ.
Что такое EmDrive и на что он может быть способен?
С технической точки зрения EmDrive представляет собой достаточно простое устройство: выполненную в форме конуса медную камеру-резонатор с подключенным к ней магнетроном (генератором микроволнового излучения, который можно найти в любой микроволновке). Дальше начинается самое интересное. Если включить магнетрон, установка начинает двигаться в направлении узкой части. Но дело то в том, что конус является закрытым. Т.е. получается, что тяга создается в замкнутой и полностью изолированной от внешней среды системе, не имеющей выхлопа. Это как если поставить реактивный двигатель внутрь герметичной коробки на колесиках, включить его и ожидать, что коробка поедет вперед. С одной стороны, налицо явное нарушение закона сохранения импульса. С другой, испытания показывают, что EmDrive работает. Вроде бы.
К последнему мы еще вернемся, ну а пока что стоит сказать пару слов про то, для чего может пригодиться EmDrive. При условии, что он действительно работает. Итак, мы имеем установку, которая генерирует хоть и крайне малую, но постоянную тягу без использования какого-либо рабочего тела (топлива). Самое очевидное ее применение — космические аппараты. Думаю, не нужно объяснять какое количество прекрасных миссий пришлось прекратить из-за полного исчерпания запасов горючего для коррекций курса. EmDrive же не нужно топливо, лишь источник энергии (солнечные батареи или ритэг). А поскольку устройство постоянно создает тягу, оно может использоваться в качестве замены ионным двигателям.
Энтузиасты уверяют, что «невозможный» двигатель произведет настоящую революцию в сфере освоения космоса. Согласно их расчетам аппарат «Новые горизонты» с установленным на борту EmDriv с тягой в 0.4 Н/кВт добрался бы до Плутона всего за 18 месяцев.
Более мощное устройство якобы позволило бы достигнуть Альфа Центравра за десятки лет. Некоторые идут еще дальше и рисуют совершенно фантастические картины будушего, в котором эта технология позволит создать не только космические двигатели, но и летающие автомобили, корабли, поезда, велосипеды… в общем вы поняли.
Перед тем как последовать дальше, думаю, стоит сказать пару слов про создателя EmDrive — британца Роджера Шойера.
Ху из мистер Шойер?
Удивительно, но об отце EmDrive, можно найти не так уж и много информации — в основном лишь то, что он сам рассказывал о себе в интервью. Так что относиться к этому нужно соответствующим образом.
Итак, Роджер Джон Шойер родился в июле 1947 года. По образованию он сертифицированный инженер-электрик (certified chartered electrical engineer). Большую часть своей жизни Шойер посвятил работе на аэрокосмическую и оборонную индустрию Великобритании. В частности, он был сотрудником таких компаний, как BAE Systems и Matra Marconi Space (MMS).
По утверждению Шойера, идея, впоследствии приведшая его к созданию EmDrive, впервые появилась у него еще в 1974 году. В то время он входил в состав группы инженеров, работавших над повышением надежности системы наведения межконтинентальных баллистических ракет. По словам Шойера, отчаянно желавшее добиться нужного результата начальство дало группе установку продумывать любые, даже самые невероятные варианты решения проблемы. И вот, во время просмотра рождественской лекции «отца маглева» профессора Эрика Лайтвейта, Шойеру пришла в голову идея создать электромагнитный двигатель на базе гироскопа.
В 1980-е годы в составе группы военных инженеров Шойер отправился в командировку на Ближний Восток в зону Ирано-Иракского конфликта. Судя по всему, увиденное в зоне боевых действий не пришлось ему по душе. Вернувшись домой, Шойер решил завязать с военными проектами и перейти в аэрокосмическую отрасль.
В последующие годы он поучаствовал в создании ряда космических аппаратов, включая военный спутник связи Skynet 4 и телекоммуникационный Euteselat Hot Bird.
Параллельно в своем гараже он занимался разработкой прототипа EmDrive. По словам Шойера, когда он рассказал о своей идее руководству MMS, там напрочь отвергли ее, пригрозив, что если он еще раз заикнется о двигателе, то это не лучшим образом скажется на его карьере. Сам изобретатель списывает все на то, что компания вложила большие деньги в проект ракеты «Ариан-5» и ей были не нужны конкуренты. В итоге, Шойер принял решение уволиться и самостоятельно заняться разработкой и внедрением EmDrive. Для этого в 2000 году он основал компанию Satellite Propulsion Research (SPR). Так началась его многолетняя борьба за признание EmDrive.
Хронология EmDrive
Итак, основав SPR, Шойер принялся за разработку EmDrive. В 2002 году он создал действующий прототип двигателя и тогда же про EmDrive впервые упомянули в журнале Eureka! Годом спустя Шойер смог выбить грант на развитие технологии.
Первое серьезное упоминание о EmDrive датировано 2006 годом, когда в журнале New Scientist была опубликована большая статья об устройстве с его фотографией на развороте.
Статья, мягко говоря, вызвала весьма бурную реакцию. Очень многие обвиняли редакцию в публикации непроверенного материала ради погони за дешевой сенсацией.
По утверждениям Шойера, уже с самого начала военные пристально следили за его проектом. В 2008 году изобретатель был приглашен в Пентагон, где устроил презентацию своего проекта для больших шишек из американских ВВС и DARPA. Итогом этого стало соглашение с Boeing, в результате которого в 2010 году аэрокосмическому гиганту был передан образец EmDrive. По словам Шойера, вскоре после этого Boeing разорвал с ним все контакты, а сам он был связан условиями подписки о неразглашении, и потому не мог комментировать ситуацию. В доказательство своих слов он приводит документ о поставке Boeing демонстратора EmDrive.
В самой компании подтвердили, что подразделение Boeing Phantom Works действительно некоторое время занималось изучением «невозможного» двигателя, но затем оставило проект и больше не собирается к нему возвращаться.
Сам же Шойер придерживается иной точки зрения. В своих интервью он регулярно намекает на то, что правительство и военщина уже давно оценили все выгоды от EmDrive. Дескать, прямо сейчас Пентагоном строятся, а уже и возможно запущены спутники с «невозможным» двигателем. Но, конечно же, военные не хотят, чтобы у других стран появилась эта технология, так что они всячески пытаются дискредитировать его исследования и выставить чудаком, несущим всякий бред.
Как бы там ни было, в том же 2008 году интерес к EmDrive проявили в Китае. В Северо-западном политехническом университете под руководством профессора Ян Цзюан был создан работающий образец устройства. В 2010 году его испытали и через некоторое время объявили о том, что двигатель развил тягу порядка 290 миллиньютонов на киловатт.
Вскоре на рынке появился еще один игрок — некий Гвидо Фетта — независимый американский изобретатель, инвестор, гений, миллиардер, плейбой, филантроп, железный человек. К сожалению, информации про него удалось найти еще меньше, чем про Шойера.
С уверенностью можно сказать лишь то, что он создал модификацию EmDrive, назвал ее Cannae Drive и в настоящее время активно занимается продвижением устройства.
В 2015 году в Дрезденском университете была проведена серия испытаний EmDrive. По ее результатам был опубликован достаточно противоречивый отчет. В нем отмечалось, что во время опытов вроде бы была зафиксирована тяга порядка 30 – 50 микроньютонов на киловатт. В то же время, авторы подчеркнули, что собранных данных недостаточно, чтобы сделать какой-то определенный вывод о том, действительно ли работает двигатель. Попытка усидеть на двух стульях оказалась неудачной. На группу все равно обрушилась масса критики, касающейся методологии эксперимента и анализа результатов. С другой стороны, не утруждавшая себя особым анализом пресса подала новость в стиле «ученые доказали».
В этом году про EmDrive заговорили снова. Осенью в новостях можно было увидеть немало сообщений в духе «NASA подтвердило эффективность невозможного двигателя».
На практике все как обычно оказалось не так просто.
Испытаниями занималась лаборатория Eagleworks при космическом центре имени Линдона Джонсона. Согласно их отчету, двигатель выдал среднюю тягу в 1,2 миллиньютона на киловатт. И все вроде бы хорошо, но и этот результат, мягко говоря, был встречен с большим скепсисом.
Во-первых, многих смутило то, что зафиксированная тяга в 40 раз превосходила данные по немецким экспериментам (но тут нужно сказать, что в лаборатории проверяли EmDrive собственного дизайна).
Схемы испытательной установки в эксперименте Eagleworks
Во-вторых, Eagleworks это весьма небольшой коллектив ученых работающих с теориями на «грани» типа WARP-двигателей. Так что многие в научной среде воспринимают их не иначе как группу фриков, которых держат лишь потому, что они берутся за цепляющие СМИ темы, что способствует привлечению внимания общественности к организации (в конце концов, в борьбе за финансирование все средства хороши).
Ну и в третьих, претензии как обычно возникли к самому опыту и интерпретации результатов.
На фоне этого совершенно незамеченной прошла новость о том, что китайцы перепроверили результаты своего эксперимента 2010 года и пришли к не очень обнадеживающим выводам: исследование было проведено некорректно, и замеренная тяга укладывается в пределы статпогрешности.
Теория и практика EmDrive
Перечитав все вышесказанное можно задаться простым вопросом: неужели так сложно определить работает ли устройство, грудо говоря собранное на базе микроволновки и ведра? Но просто оцените известные факты об EmDrive с точки зрения научного сообщества, и я думаю, все станет очевидно.
Итак, вам сообщают о существовании чудо-устройства, которое можно сделать в гараже и которое способно изменить мир. Имя его создателя вам ни о чем не говорит, у него нет ни одной научной публикации, и при этом он еще и постоянно намекает на то, что правительство и военные не дают его изобретению попасть в массы.
Мало нам этого, так еще и принцип работы устройства явно нарушает основополагающие законы физики. Уже проводившиеся эксперименты или не подтвердили его работоспособность или не вызывают особого доверия.
Насчет сделано в гараже это кстати не преувеличиние. Учитывая относительную простоту EmDrive, многие энтузисты построили подобные устройства. Как, например, этот румынский инженер, выложивший на youtube видео своих испытаний двигателя
Так что в глазах уважающего себя ученого EmDrive и его создатель будет смотреться ни чем не лучше, чем любой другой непризнанный гений, только что создавший полностью работоспособный вечный двигатель или генератор торсионных полей. Заниматься его изучением — не просто бессмысленная трата времени, но еще и риск оставить несмываемое пятно на своей репутации. Ровно по такому же принципу патентные бюро не регистрируют заявки на вечные двигатели.
В эпопее с EmDrive кстати можно провести явные параллели с «гравицапой». Так называли «новый революционный двигатель без выброса реактивной массы», работа которого противоречила уже знакомому нам закону сохранения импульса.
Несмотря на многочисленные предупреждения российских специалистов, утверждавших, что устройство никогда не сможет создать тягу в космосе, «гравицапу» установили на спутник «Юбилейный» для тестирования. Разумеется, вместо научного чуда и ниспровержения старика Ньютона из этой затеи в итоге вышло полное кю.
Так что в этом плане EmDrive еще можно сказать очень повезло, поскольку двигатель все время на слуху, и по нему все-таки проводятся исследования и они что-то показывают. Другое дело, что даже если допустить, что опыты проведены корректно, они никак не решают ключевую проблему — отсутствие какой-либо достоверной теории, объясняющей работу двигателя.
Красные линии обозначают электрическое поле нутри EmDrive, синии — магнитное поле
Нет, конечно же, существует большое количество весьма экзотических версий по этому поводу. Но пока что все они лишь на уровне догадок. Я просто перечислю некоторые из самых примечательных.
- Тяга в EmDrive появляется из-за виртуальных частиц, которые рождаются в квантовом вакууме и ведут себя так же, как рабочее тело в ионных двигателях.
- Из-за околосветовой скорости движения волн, они и отражательная камера должны рассматриваться как находящиеся в разных системах отсчета. Следовательно, EmDrive становится открытой системой и создает тягу без использования реактивного выброса.
- Стоячие электромагнитные волны в резонаторе создают различное давление на стенки двигателя (из-за их несимметричности), что и является источником тяги.
- Тяга возникает из-за деструктивной интерференции фотонов. EmDrive выделяет пары фотонов, которые уносят импульс в сторону, противоположную расположению двигателя. Поскольку фотоны находятся в противофазе, то «гасят» друг друга и поэтому их и не видно.
- Двигатель работает за счет т.н. квантового эффекта Унру.
- EmDrive входит в резонанс с гравитационными волнами высокой частоты, которые образовались при коллапсе Вселенной, предшествовавшей нашей.
Истина где-то там
Может показаться, что ситуация патовая.
Большинство серьезных ученые не возьмутся за проверку EmDrive по озвученным выше причинам. Кроме того, учитывая малый размер тяги, даже при очень хорошо поставленном эксперименте всегда будет оставаться вероятность влияния посторонних факторов. Тут можно вспомнить историю о том, как в 1990-е NASA выделило финансирование на строительство антигравитационного устройства, созданного на базе вращающихся сверхпроводящих дисков. Результаты тестов были крайне перспективными, а потом оказалось что все дело в том, что помехи от устройства влияют на измерительную аппаратуру. Так что можно понять, почему никто не хочет рисковать снова сесть в ту же самую лужу.
Но один наглядный способ все же есть. Всего-то что и нужно — запустить на орбиту спутник с EmDrive, включить его и посмотреть, что будет дальше. Собственно говоря, еще в 2007 году Шойер обещал что «невозможный» двигатель отправится в космос уже через два года. Но что-то не срослось.
Пару месяцев назад Гвидо Петта анонсировал проект запуска спутника, созданного на базе Cubesat, предназначенного исключительно для испытания двигателя.
По его словам, старт намечен на 2017 – 2018 год.
Но куда более неожиданным стало недавнее заявление одного из представителей Китайской академии космических технологий. Это дочернее предприятие аэрокосмической корпорации CAST, занимающееся созданием спутников. В сообщении было сказано, что в настоящее время Китай уже испытывает EmDrive в космосе. На каком именно аппарате не уточняется, но западная пресса упорно называет недавно запущенную орбитальную станцию «Тяньгун-2».
Уже сам по себе факт такого заявления является удивительным. В Поднебесной, мягко говоря, не отличаются особой открытостью в космической сфере. Там даже о запусках ракет зачастую сообщают по факту, что уж говорить о потенциально революционной технологии. При этом, в заявлении собственно даже и не было сказано об успешности космических тестов, лишь о самом факте их проведения (что конечно не помешало многим СМИ подать новость в духе «Невозможный двигатель успешно испытали в космосе»).
Это даже более странно. Логичным было бы сообщить об успехе эксперимента, а не о том, что он просто осуществляется. И вдобавок ко всему, в оригинальном сообщении были упомянуты опыты Ян Цзюан 2010 года, после которых в Поднебесной всерьез заинтересовались двигателем. Те самые, результаты которых недавно перепроверили и сочли недостоверными.
Рискну сделать предположение. Законы физики они и в Китае законы физики. Сомневаюсь, что позиция большинства китайских ученых в отношении EmDrive должна сильно отличаться от их коллег из остальных стран мира, в основном считающих заявленные результаты работы двигателя ошибкой измерений, или вовсе хитроумной махинацией. Вполне вероятно, что заявление об испытаниях было сделано, чтобы привлечь побольше внимания к устройству и получить дополнительное финансирование под проект, или даже избежать его закрытия. В любом случае, это признание на удивление хорошо стыкуется с конспирологическими теориями Шойера и надо полагать, добавит энтузиазма лагерю сторонников «невозможного» двигателя.
Во все это мне нужно внести еще одну ложку дегтя. Допустим даже, EmDrive действительно покажет тягу на орбите. Но это никак не заменит факт отсутствия рабочей теории. А это важно, ведь не понимая принципа, по которому функционирует двигатель, как его можно использовать в межпланетных экспедициях? А что если для его успешного функционирования, скажем, необходимо планетарное магнитное поле и он не сможет работать за пределами земной орбиты?
Подводя итоги, скажу, что когда я начал писать про EmDrive эта тема представлялась мне, скажем так, не то чтобы простой, но однозначной. Казалось, что изучив ее, можно будет прийти к какому-то вполне определенному выводу. Однако, даже пересмотрев большое количество материалов по теме, ясности не прибавилось. На каждое доказательство, которое, казалось бы, должно поставить жирную точку во всей истории, всегда находился заставлявший призадуматься контраргумент.
Конечно, до сих пор ни одно из свидетельств в пользу EmDrive не выглядит особенно надежным.
Но все же их уже накопилось достаточное количество, не позволяющее так просто отмахнуться от всей темы, не вникая в ее суть. Ну а если EmDrive все же мистификация, то носи я шляпу, я бы наверно снял ее перед Шойером & Co. Все-таки, заставить так много людей из разных стран поверить в то, что устройство на базе микроволновки может совершить переворот в космической индустрии, требует немалого таланта.
В любом случае вся эти история может послужить неплохой иллюстрацией принципов, на которых выстроена современная наука, и того, как популярные СМИ освещают научные исследования. Независимо от того, чем все это в итоге закончится, я уверен в одном: в ближайшие годы мы еще не раз еще не раз услышим новости о нарушающем законы физики «невозможном» двигателе и о том, что ученые что-то там доказали.
Космические технологии | Page 386
JavaScript is disabled. For a better experience, please enable JavaScript in your browser before proceeding.
7701 — 7720 of 24566 Posts
lihachev.k.v
·
Registered
slipped
·
Registered
slipped
·
Registered
KC75
·
Registered
KC75
·
Registered
KC75
·
Registered
ppspk2
·
Сергей, п
Это все у вас в голове
slipped
·
Registered
lihachev.
k.v
·
Registered
KLoun
·
Banned
slipped
·
Registered
753D
·
Registered
slipped
·
Registered
slipped
·
Registered
slipped
·
Registered
Sv89
·
Registered
KC75
·
Registered
slipped
·
Registered
anm
·
Registered
Sv89
·
Registered
7701 — 7720 of 24566 Posts
Join now to ask and comment!
Continue with Facebook
Continue with Google
or
sign up with email
Top
Команда НАСА заявляет о «невозможной» работе космического двигателя — узнайте факты
После долгих лет спекуляций индивидуальная исследовательская группа из Космического центра имени Джонсона НАСА достигла рубежа, который многие эксперты считали невозможным.
На этой неделе команда официально опубликовала свои экспериментальные данные об электромагнитной двигательной установке, которая могла бы двигать космический корабль через пустоту без использования какого-либо топлива.
По словам команды, электромагнитный привод, или EmDrive, преобразует электричество в тягу, просто отражаясь от микроволн в закрытой полости. Теоретически такой легкий двигатель мог бы однажды отправить космический корабль на Марс всего за 70 дней. (Узнайте, почему Илон Маск считает, что к 2060-м годам на Марсе сможет жить миллион человек.)
Давняя загвоздка в том, что EmDrive, по-видимому, бросает вызов законам классической физики, поэтому, даже если он делает то, что утверждает команда, ученые все еще не уверены, как эта штука работает на самом деле. Предыдущие сообщения о двигателе были встречены с изрядной дозой скептицизма, и многие физики отнесли EmDrive к миру лженауки.
Теперь, однако, последнее исследование прошло тщательную проверку независимыми учеными, которые предполагают, что EmDrive действительно работает.
Является ли это началом революции в космических путешествиях или просто еще одним фальстартом для «невозможного» двигателя космического корабля?
Что такое EmDrive?
Это воплощение EmDrive, впервые предложенное почти 20 лет назад британским ученым Роджером Шойером, было разработано и протестировано инженерами Исследовательской лаборатории передовых двигателей НАСА, неофициально известной как Eagleworks.
Проще говоря, Eagleworks EmDrive создает тягу, отражаясь от электромагнитной энергии (в данном случае, микроволновых фотонов) в закрытой конусообразной камере. Когда эти фотоны сталкиваются со стенками камеры, они каким-то образом толкают устройство вперед, несмотря на то, что из камеры ничего не высвобождается. Напротив, ионные двигатели, которые сейчас используются на некоторых космических кораблях НАСА, создают тягу за счет ионизации топлива, часто газа ксенона, и выбрасывания пучков заряженных атомов.
Если EmDrive выдержит дальнейшее исследование, это означает, что будущие транспортные средства смогут летать в космосе без буквально тонн топлива.
В космическом путешествии оставаться налегке крайне важно для быстрых и экономичных полетов на большие расстояния.
Почему этот двигатель нарушает законы физики?
Еще в 1687 году сэр Исаак Ньютон опубликовал три закона движения, которые легли в основу классической механики. За прошедшие три столетия эти законы неоднократно проверялись и проверялись. (Также см. «Вновь открыт утерянный алхимический рецепт Исаака Ньютона».)
Проблема в том, что EmDrive нарушает третий закон Ньютона, который гласит, что на каждое действие есть равное противодействие. Этот принцип объясняет, например, почему каноэ скользит вперед, когда кто-то гребет. Сила, приложенная при движении весла по воде, толкает каноэ в противоположном направлении. Именно поэтому реактивные двигатели генерируют тягу: двигатель выбрасывает горячие газы назад, а самолет движется вперед.
Как ни странно, EmDrive вообще ничего не выбрасывает, и это не имеет смысла в свете третьего закона Ньютона или другого принципа классической механики — сохранения импульса.
Если EmDrive движется вперед, ничего не выбрасывая сзади, то нет противодействующей силы, объясняющей тягу. Это немного похоже на утверждение, что человек внутри автомобиля может двигать его вперед, многократно ударяя по рулю, или что экипаж космического корабля может доставить корабль к месту назначения, просто толкая стены.
Кто-нибудь уже пытался это проверить?
В 2014 году группа Eagleworks произвела фурор, когда объявила о результатах первых испытаний, свидетельствующих о том, что ЭМ-двигатель действительно работал. С тех пор группа тестировала EmDrive во все более жестких условиях, включая последние эксперименты.
Другие группы также разработали и протестировали различные воплощения EmDrive. В дополнение к экспериментам, проводимым американскими, европейскими и китайскими учеными, существует сообщество DIY EmDrivers, которые заняты созданием и тестированием своих собственных невозможных физических двигателей. Но никто не смог с уверенностью сказать, что такой привод работает так, как описано.
(Давайте будем реалистами: физики не любят, казалось бы, чудесных изобретений.)
Так что теперь изменилось?
Команда НАСА, создавшая EmDrive, опубликовала результаты своих экспериментов в рецензируемом журнале. Хотя рецензирование не гарантирует, что вывод или наблюдение достоверны, оно указывает на то, что по крайней мере несколько независимых ученых изучили экспериментальную установку, результаты и интерпретацию и сочли все это разумным.
В этом документе команда описывает, как они тестировали EmDrive в почти вакууме, похожем на то, с чем он столкнулся бы в космосе. Ученые поместили двигатель на устройство, называемое крутильным маятником, запустили его и определили, какую тягу он генерирует в зависимости от того, сколько он двигался. Оказывается, по оценкам авторов, EmDrive способен производить 1,2 миллиньютона на киловатт энергии.
Это не большая тяга по сравнению с более традиционными двигателями, но она далеко не незначительна, учитывая полностью бестопливную установку.
И для сравнения, световые паруса и другие связанные с ними технологии, которые приводятся в движение толчком фотонов, генерируют лишь часть этой тяги, от 3,33 до 6,67 микроньютонов на киловатт.
До сих пор одним из основных критических замечаний по поводу EmDrive было то, что он нагревался во время активации, что, по мнению некоторых ученых, могло нагревать окружающий воздух и создавать тягу. Тестирование устройства в вакууме сняло некоторые из этих критических замечаний, хотя все еще есть множество предостережений, которые необходимо устранить.
ОК. Как это возможно?
Перво-наперво: до сих пор неясно, действительно ли EmDrive создает тягу, и это утверждение требует дополнительной проверки. Но люди уже разбрасываются идеями о том, как этот привод может работать.
Команда Eagleworks, тестировавшая EmDrive, считает, что микроволновые фотоны сталкиваются с «квантовой вакуумной виртуальной плазмой» или бурлящим морем частиц, которые появляются и исчезают на квантовом уровне.
Проблема в том, что нет никаких доказательств того, что квантово-вакуумная виртуальная плазма вообще существует, говорит физик Калифорнийского технологического института Шон Кэрролл. Квантовый вакуум существует, говорит он, но он не генерирует плазму, которую можно было бы оттолкнуть.
В своей статье команда Eagleworks обращается к идее, называемой теорией волны-пилота, для описания того, как можно использовать квантовый вакуум для создания тяги, отмечая при этом, что такие интерпретации «не являются доминирующим взглядом на физику сегодня».
Майк Маккалох, физик из Университета Плимута, утверждает, что EmDrive является свидетельством новой теории инерции, которая включает в себя нечто, называемое излучением Унру, своего рода тепло, испытываемое ускоряющими объектами. По его словам, поскольку широкий и узкий концы конуса EmDrive допускают разные длины волн излучения Унру, инерция фотонов внутри резонатора должна изменяться, когда они отскакивают назад и вперед, что должно создавать тягу для сохранения импульса.
Но модель Маккаллоха предполагает, что излучение Унру реально — оно не было подтверждено экспериментально, — а также предполагает, что скорость света меняется в полости EmDrive, что нарушает специальную теорию относительности Эйнштейна, по словам физика Рочестерского технологического института Брайана. Коберлейн.
Также возможно, что некоторая часть энергии, вырабатываемой при ускорении тела, хранится внутри самого тела, говоря очень-очень просто — здесь также задействованы гравитационные взаимодействия и переходные колебания инерционной массы. Это могло бы объяснить, как корабль движется в пространстве, не нарушая закон сохранения импульса, говорит физик Джим Вудворд, который предложил так называемую теорию эффекта Маха в 1919 году.90.
Может это все еще койка?
Обязательно. Существует длинная история находок, которые, казалось бы, бросают вызов законам физики (кто-нибудь о нейтрино быстрее скорости света?), которые в конечном итоге оказались жертвами ошибочных экспериментов.
В этой статье авторы определяют и обсуждают девять потенциальных источников экспериментальных ошибок, в том числе неконтролируемые потоки воздуха, рассеянное электромагнитное излучение и магнитные взаимодействия. Не все из них можно полностью исключить, и определенно необходимы дополнительные эксперименты… возможно, в следующий раз в космосе.
Читать дальше
Эксклюзивный контент для подписчиков
Почему люди так одержимы Марсом?
Как вирусы формируют наш мир
Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу
Узнайте, как люди представляли себе жизнь на Марсе на протяжении истории
2
2 марсоходы НАСА будет исследовать красную планету
Почему люди так одержимы Марсом?
Как вирусы формируют наш мир
Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу
Узнайте, как люди представляли себе жизнь на Марсе на протяжении всей истории будет исследовать красную планету
Почему люди так одержимы Марсом?
Как вирусы формируют наш мир
Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу
Узнайте, как люди представляли жизнь на Марсе на протяжении всей истории
Узнайте, как новый марсоход НАСА будет исследовать красную планету
Подробнее Курс Инженерия #10
Категории
Статистика
| Просмотров: | 220,793 |
| Нравится: | 5,328 |
| Не нравится: | 233 |
| Comments: | 382 |
| Duration: | 12:55 |
| Uploaded: | 2018-07-19 |
| Last sync: | 2020-11-17 10:00 |
Мы представили 0-й и 1-й законы термодинамики, так что теперь пришло время перейти ко второму закону и к тому, как мы пришли к его пониманию.
Мы объясним разницу между первым и вторым законами, поговорим о цикле Карно и о том, почему мы никогда не сможем сконструировать идеально эффективный двигатель.
Этот выпуск спонсируется CuriosityStream: http://curiositystream.com/crashcourse
Crash Course Engineering подготовлен совместно с PBS Digital Studios: https://www.youtube.com/playlist?list=PL1mtdjDVOoOqJzeaJAV15Tq0tZ1vKj7ZV
***
РЕСУРСЫ:
http://www.thedrive.com/tech/18919/toyota-develops-worlds-most-thermally-efficient-2-0-litre-engine
https://newsroom.toyota.co.jp/en/powertrain2018/engine/
https://www.gepower.com/content/dam/gepower-pgdp/global/en_US/documents/product/gas%20turbines/Fact%20Sheet/7ha-fact-sheet-oct15.pdf
http://www.gasturbineworld.com/ge-7ha.html
https://www.livescience.com/50941-second-law-thermodynamics.html
https://www.khanacademy.org/science/biology/energy-and-enzymes/the-laws-of-thermodynamics/a/the-laws-of-thermodynamics
http://www.
zo.utexas.edu/courses/thoc/Thermodynamics.html
http://theory.uwinnipeg.ca/mod_tech/node80.html
https://www.britannica.com/biography/Sadi-Carnot-French-scientist
https://www.britannica.com/science/цикл Карно
http://energyeducation.ca/encyclopedia/Thermal_efficiency
https://www.britannica.com/science/entropy-physics
Ченгель, Юнус А. и Майкл А. Болес. Термодинамика: инженерный подход. 8-е изд., McGraw-Hill Education.
***
Ускоренный курс на Patreon! Вы можете поддержать нас напрямую, зарегистрировавшись на http://www.patreon.com/crashcourse.
Благодарим следующих покровителей за их щедрые ежемесячные взносы, благодаря которым Crash Course навсегда останется бесплатным для всех:
Марк Брауэр, Эрика и Алекса Саур Гленн Эллиотт, Джастин Зингшейм, Джессика Вуд, Эрик Престемон, Кэтрин Бенуа, Том Трваль, Натан Тейлор, Дивонн Холмс Корт, Брайан Томас Госсет, Халед Эль Шалакани, Индика Сиривардена, С. Р. Фоксли, Сэм Фергюсон, Ясения Крус, Эрик Кослоу, Калеб Уикс, Тим Кервик, Д.
А. Ноэ, Шон Арнольд, Рут Перес, Малкольм Каллис, Кен Пенттинен, Адвайт Шинде, Уильям МакГроу, Андрей Кришкевич, Рэйчел Брайт, Маюми Маэда, Кэти и Тим Филип, Джират, Эрик Китчен, Ян Дандор, Крис Питерс
—
Хотите найти ускоренный курс в другом месте в Интернете?
Facebook – http://www.facebook.com/YouTubeCrashCourse
Твиттер – http://www.twitter.com/TheCrashCourse
Tumblr — http://thecrashcourse.tumblr.com
Поддержите ускоренный курс на Patreon: http://patreon.com/crashcourse
CC Дети: http://www.youtube.com/crashcoursekids
Спасибо CuriosityStream за поддержку PBS Digital Studios.
За последние десятилетия мы добились некоторых улучшений в том, как мы питаем наше общество. Но в целом наш мир по-прежнему работает на ископаемом топливе и невозобновляемой энергии.
И пока мы зависим от этих ограниченных ресурсов, нам нужно разработать наиболее эффективные способы сбора их энергии.
Но это сложно, потому что законы физики не в нашу пользу. Дело в том, что вы не можете сделать сверхэффективную систему без отходов.
Каким бы хорошим инженером вы ни были, вы не сможете изобрести идеальный двигатель. Почему? Это из-за энергетического кризиса, охватившего нашу вселенную.
И это вызвано энтропией и вторым законом термодинамики. [Музыкальная тема] С тех пор, как мы начали разрабатывать движки, мы постоянно пытались их улучшить. Наши первые двигатели не были такими эффективными, но с тех пор мы прошли долгий путь. Возьмем, к примеру, тепловую машину.
Проще говоря, тепловой двигатель — это машина или система, которая преобразует тепло в другие формы энергии. И мы можем увидеть, насколько они эффективны, взглянув на их тепловую эффективность. Тепловой КПД тепловой машины — это количество полезной работы, которую она может произвести на основе количества тепла, которое мы ей отдаем.
Таким образом, чем больше работы мы выполняем, тем эффективнее мы используем топливо и тем меньше его нам требуется.
Вот почему инженеры постоянно пытаются сделать двигатели максимально термически эффективными. Многие из двигателей внутреннего сгорания, которые вы найдете на дороге, имеют термический КПД около 20%, а это означает, что 20% тепла, применяемого в двигателе, действительно работает.
Некоторые прототипы автомобильных двигателей имеют КПД 40%. И есть даже газовая турбина с воздушным охлаждением, которая обеспечивает эффективность комбинированного цикла более 61%. Это впечатляет, но все же это даже не близко к 100%.
Кажется, это наш предел эффективности наших двигателей — по крайней мере, на данный момент. Так что дает? Почему они не лучше?
Ну, мы ограничены термодинамикой. Видите ли, из-за первого закона все кажется довольно простым. Если мы не можем создать или уничтожить энергию, то любое изменение энергии, которое у нас есть, должно иметь равное и противоположное изменение энергии где-то еще.
Но на самом деле все немного сложнее. Основываясь только на первом законе, вы можете подумать, что можете просто перерабатывать энергию снова и снова.
Но хотя энергию нельзя создать или уничтожить, она может принимать менее полезные или даже непригодные формы.
На самом деле, каждое преобразование энергии в реальном мире имеет некоторое количество энергии, которое превращается в форму, недоступную для выполнения работы. И эта менее полезная энергия, которая теряется, обычно представляет собой тепло. Но не можем ли мы просто преобразовать это тепло обратно в работу?
Ну да, но не совсем. Тепло никогда не может быть превращено в другой, выполняющий работу вид энергии со 100% эффективностью. Таким образом, каждый раз, когда у вас происходит передача энергии, вы получаете еще немного «бесполезной» энергии.
Допустим, у вас есть тарелка горячего супа в холодной комнате. Со временем суп остынет, и ту энергию, которую он потеряет, приобретет его окружение. Но вы не можете взять энергию из холодильной камеры и использовать ее для разогрева супа, хотя обмен не нарушает первый закон.
Или представьте себе, что электричество проходит по проводу, который идет к радиатору и вырабатывает тепло.
Электричество входит, а тепло выходит. Но если вы попытаетесь нагреть провод, вы не получите обратно электричества, хотя, опять же, первый закон не нарушается.
Здесь вступает в действие второй закон термодинамики. В то время как первый закон касается общего количества энергии, второй закон касается всего качества энергии. Второй закон гласит, что по мере передачи или преобразования энергии все больше и больше ее тратится впустую.
В основном ограничивает взаимное преобразование между теплотой и работой. 100% работы, которую вы вкладываете в систему, может быть преобразовано в тепло, но 100% тепла не может быть преобразовано в работу. Итак, чтобы понять, что это на самом деле означает, давайте посмотрим на тепловую машину, машину, которая преобразует тепло в энергию, выполняющую работу. Скажем, мы вложили некоторую тепловую энергию в двигатель.
Система заберет тепло, пройдет процесс и даст нам энергию в виде работы. Но часть тепла всегда будет выделяться при более низкой температуре в качестве вторичного выхода.
Без этого не могла бы работать ни одна тепловая машина.
По сути, если мы не пытаемся просто получить тепло, у нас будет некоторая неэффективность. Так как же мы все это выяснили? Что ж, все это восходит к работе двух великих умов.
Первый из этих разумов принадлежал Сади Карно, французскому ученому, который, вероятно, был более блестящим, чем мы когда-либо знали. Карно происходил из известной и влиятельной семьи. Его отец был математиком и военным инженером, чье имя в конечном итоге будет красоваться вместе с именами других ученых на Эйфелевой башне.
И Карно пошел по стопам своего отца, присоединившись к инженерному корпусу французской армии в 1814 году. Его отец стал министром внутренних дел при человеке по имени Наполеон.
А после того, как Наполеон встретил свое буквальное Ватерлоо и монархия была восстановлена, отец Карно был отправлен в изгнание. Но Карно позволили остаться — лучше сказать «томиться». Он провел годы, инспектируя армейские объекты и сочиняя отчеты, которые никто не читал.
До тех пор, пока в 1819 году он не перебрался обратно в Париж и из любопытства не начал посещать лекции по химии и физике. И там он особенно заинтересовался улучшением характеристик паровых машин. Он опубликовал свое исследование в книге под названием «Размышления о движущей силе огня» в 1824 году. Сегодня он известен как двигатель Карно, а процесс, по которому он работает, называется циклом Карно. Цикл Карно на самом деле является гипотетическим процессом — это самый идеальный цикл изменения давления и температуры в жидкости.
И это идеально, потому что предполагает отсутствие каких-либо источников отходов, таких как трение или теплопроводность между различными частями двигателя. Поэтому мы используем этот цикл в качестве стандарта для оценки производительности тепловых двигателей. Цикл Карно состоит из четырех процессов, все из которых обратимы – два адиабатических и два изотермических.
И это может происходить как в закрытой, так и в стационарной системе. Давайте посмотрим на это в закрытой системе.
Допустим, у нас есть газ, содержащийся в адиабатическом поршне-цилиндровом устройстве.
Когда мы запускаем наш поршень, первый процесс в цикле Карно называется обратимым изотермическим расширением. На этом этапе головка цилиндра находится в тесном контакте с источником энергии или резервуаром при температуре TH. Это передаст газу тепло, которое мы назовем QH.
По мере того, как источник энергии передает тепло, газ начинает медленно расширяться, воздействуя на окружающую среду. По мере расширения газа его начальная температура TH имеет тенденцию к снижению. Но как только температура падает на очень небольшую, почти незначительную величину, часть тепла передается от резервуара к газу, который нагревает его, возвращая к исходной температуре.
Это означает, что температура газа в основном поддерживается постоянной на протяжении всего процесса, который будет продолжаться до тех пор, пока поршень не достигнет положения 2. В этот момент мы подходим ко второй стадии цикла Карно: обратимому адиабатическому расширению.
Здесь мы сделаем процесс адиабатическим, заменив резервуар изоляцией.
Это означает, что при расширении газ может остыть, так как резервуар больше не будет его нагревать. Он будет делать это до тех пор, пока его температура не упадет с TH до TL, что приведет нас к позиции 3. На полпути!
Теперь нам просто нужно двигаться в обратном направлении, поскольку мы начинаем третью стадию нашего цикла: обратимое изотермическое сжатие. Теперь снимем изоляцию и приведем цилиндр в контакт с поглотителем энергии при температуре TL. Это заставит газ передавать тепло, которое мы назовем QL, резервуару.
Теперь, когда какая-то внешняя сила толкает поршень внутрь, совершая работу над газом, газ сжимается и его температура стремится повыситься. Но как только температура поднимается на очень небольшую величину, некоторое количество тепла передается от газа к стоку, который охлаждает его, в результате чего температура снова падает до TL. Теперь вы заметите, что это действительно похоже на то, что произошло на первом этапе!
Температура газа будет оставаться неизменной на протяжении всего этого процесса, пока поршень не достигнет положения 4.
Теперь мы находимся на четвертой стадии нашего цикла: обратимое адиабатическое сжатие. На этом последнем этапе мы вернем изоляцию, снова сделав процесс адиабатическим.
Газ будет продолжать медленно сжиматься, пока его температура не поднимется с TL до TH, что завершит цикл и вернет нас туда, откуда мы начали. И поскольку мы вернулись к тому, с чего начали, у нас есть полностью обратимый цикл. Это делает цикл Карно наиболее эффективным циклом между двумя разными температурами.
Теперь, даже несмотря на то, что мы не можем достичь этого в действительности, мы можем повысить эффективность наших циклов, если попытаемся смоделировать их более близко к схеме Карно. Его работа показывает нам, что эффективность тепловой машины зависит только от температуры ее резервуаров тепла, а не от типов жидкостей, которые она использует. Таким образом, максимально достижимый КПД тепловой машины равен единице минус температура охладителя, деленная на температуру теплового резервуара.
Теперь, помните, я сказал, что Карно был, вероятно, более гениален, чем мы когда-либо знали? Что ж, позвольте мне закончить свой рассказ.
Вскоре после того, как он опубликовал свою работу по циклу Карно, он уволился со службы в армии и остался без дохода и пенсии.
С диагнозом «мания» и «общий бред» его отправили в лечебницу, где он заразился холерой, свирепствовавшей в то время в Париже. Карно умер в возрасте 36 лет. И поскольку все его личные вещи считались зараженными, они были похоронены вместе с ним, включая все его записные книжки и бумаги.
Таким образом, весь масштаб его работы и его гениальность утеряны для истории. Тем не менее, мы знаем, что Карно открыл ограничение эффективности, и его работа стала основой для нашего понимания бесполезной траты энергии. Но одни только идеи Карно не объясняют полностью, почему мы никогда не сможем построить идеальный двигатель.
Нам все еще нужно понять еще одно свойство, которое даже не было выражено в словах до тех пор, пока спустя несколько десятилетий после того, как Карно придумал свой цикл. Великим умом, подарившим нам это свойство, был Рудольф Клаузиус.
Клаузиус был немецким математиком и физиком, который ввел понятие энтропии примерно в 1850 году, после того как он осознал путаницу между работой Карно и сохранением энергии.
Энтропия — это мера тепловой энергии системы на единицу температуры, которая недоступна для выполнения работы. Это также мера беспорядка или случайности системы. Математически, если энтропия системы равна 0, то мы имеем обратимый процесс без изменения энтропии, как в случае с двигателем Карно.
Любое значение больше 0, и тогда процесс становится необратимым и набирает энтропию. Таким образом, любой процесс приводит либо к отсутствию изменения энтропии, либо к увеличению энтропии. Общее уменьшение энтропии невозможно.
Если вы смотрите только на саму систему, возможно снижение энтропии. Но, и это очень важно, энтропия окружения системы и Вселенной должна была бы увеличиться на величину, большую или равную потере энтропии внутри системы. Проще говоря, наша Вселенная всегда стремится к беспорядку.
Так устроено все. На самом деле, как бы страшно это ни было, энтропия и второй закон термодинамики на самом деле предсказывают конец Вселенной, какой мы ее знаем! Если все стремится к беспорядку, то логический вывод состоит в том, что вся полезная энергия во Вселенной однажды может быть преобразована в тепло.
Это событие известно как тепловая смерть Вселенной, и, помимо того, что это действительно прекрасное название группы, однажды оно может стать нашей судьбой. Я бы не беспокоился об этом, потому что, хотя теоретически это имеет смысл, многие сомневаются, что это произойдет на самом деле. А даже если бы и случилось, то, скорее всего, не в течение очень долгого времени.
Но независимо от того, приведет ли энтропия к концу Вселенной, она делает невозможным создание идеального двигателя со 100%-ной рабочей энергией. Мы можем попытаться стать ближе, чем мы уже есть, но независимо от того, насколько мы изобретательны как инженеры, мы всегда должны следовать законам вселенной — даже если это приведет к нашей собственной гибели.
Итак, на сегодняшнем уроке мы узнали о втором законе термодинамики и о том, как мы пришли к его пониманию. Мы начали с разговора о различиях между первым и вторым законами термодинамики и о том, как второй закон ставит качество выше количества. Затем мы поговорили о цикле Карно и о том, что это наиболее эффективная форма тепловой машины с разницей температур.
Мы закончили наш урок, проанализировав энтропию и случайность, которая может возникнуть в системе. Увидимся на следующей неделе, когда мы узнаем больше о тепловых двигателях и о том, как системы могут работать в цикле. Спасибо CuriosityStream за поддержку PBS Digital Studios.
CuriosityStream — это служба потокового вещания по подписке, которая предлагает документальные и документальные фильмы от различных режиссеров, включая оригинальные фильмы CuriosityStream. Например, у CuriosityStream есть серия под названием «Прорыв», в которой более подробно рассматриваются некоторые важные последние достижения в физике, астрономии и других науках.