Содержание
NASA тихо испытывает двигатель, нарушающий законы физики
NASA успешно испытывает новый космический двигатель, который не использует топливо и в принципе не должен работать, по крайней мере в соответствии с законами физики. Мы о нем немного знаем, да и концепция не нова. Двигатель, который называется Cannae Drive, хорошо показал себя в прямых испытаниях NASA, отрицая физику.
Cannae Drive построен по работам Роджера Шойера, британского ученого, который задумал так называемый EMDrive. В основе его работы лежит отскакивание микроволн в закрытой камере, которое создает тягу. Шойер так и не нашел того, кто был бы заинтересован в его устройстве, несмотря на многочисленные демонстрации. Его критики просто отрицали устройство, указывая на нарушение закона сохранения движения.
Китайцы тихо испытывают свою версию EMDrive с 72-граммовой тягой, чего достаточно, чтобы вести спутник. Об устройстве просто не сообщают, потому что мало кто верит в саму возможность его существования.
Cannae Drive, по всей видимости, был разработан независимо от EMDrive, хотя работает точно так же. В испытаниях NASA продемонстрировало, что двигатель Cannae был в состоянии создать менее одной тысячной от тяги китайской версии. Но демонстрация показала, что он работает.
NASA — серьезный игрок в области космической науки, поэтому когда команда из агентства представила, что «невозможный» микроволновый двигатель работает, это очень странно: либо результаты ошибочны, либо NASA осуществило серьезный прорыв в сфере космических двигателей.
Британский ученый Роджер Шойер пытался заинтересовать людей в своем EMDrive на протяжении нескольких лет. По его заверениям, EmDrive конвертирует электрическую энергию в тягу, не требует никакого топлива, и всю работу делают микроволны в закрытом контейнере. Он построил ряд демонстрационных установок, но критики стояли на своем: в соответствии с законом сохранения импульса, работать они не могут.
По хорошей научной практике, необходимо было, чтобы третья сторона повторила результаты Шойера.
Это произошло: в прошлом году китайская команда инженеров создала свой собственный EmDrive, о котором мы упомянули. Такой двигатель мог бы работать на солнечной энергии, исключая необходимость подачи топлива, которое занимает до половины стартовой массы многих спутников. Китайская работа тоже привлекла немного внимания; похоже, никто на Западе всерьез не верит в такую возможность.
Свой собственный микроволновый двигатель построил и американский ученый Гвидо Фетта, и вот ему как раз удалось убедить NASA испытать его. Результаты оказались положительными.
Команда NASA из Космического центра Джонсона назвала работу «Производство аномальной тяги из радиочастотного устройства, измеренное с помощью низкотягового торсионного маятника». Пять ученых провели шесть дней, создавая испытательное оборудование, а после еще два дня экспериментировали с разными конфигурациями. Испытания включали «нулевое движение», идентичное живой версии, но модифицированное таким образом, что устройство производит нагрузку, которая могла бы проявить некоторый эффект, не связанный с актуальным устройством.
В 90-х годах NASA испытывало то, что можно было бы назвать антигравитационным устройством, основанном на вращающихся сверхпроводящих дисках. Результаты испытаний показывали себя очень хорошо, пока ученые не поняли, что помехи от устройства влияют на измерительные приборы. Это был хороший урок.
Крутильные (торсионные) весы, которые они используют для проверки тяги, были достаточно чувствительны, чтобы обнаружить тягу менее чем в десять микроньютонов, но двигатель на деле произвел от 30 до 50 микроньютонов — меньше одной тысячной от китайских результатов, но определено положительно, несмотря на закон сохранения импульса.
«Результаты испытаний показывают, что проект радиочастотного двигателя с резонирующей полостью, уникального устройства на электроэнергии, производит силу, которую нельзя отнести к любому из известных классических электромагнитных явлений, и, следовательно, может демонстрировать взаимодействие с квантовой вакуумной виртуальной плазмой».
Последняя строка означает, что двигатель может работать, толкая призрачное облако частиц и античастиц, которые постоянно выскакивают на свет и снова исчезают в пустом пространстве.
Но команда NASA пытается избежать объяснения своих результатов, просто сообщая о том, что нашла.
Изобретатель двигателя, Гвидо Фетта, назвал его Cannae Drive («Каннский двигатель»), сославшись на битву при Каннах, в которой Ганнибал одержал победу над более сильным римским войском: вы хорошо сражаетесь, оказавшись в трудном положении. Впрочем, как Шойер, Фетта потратил годы, пытаясь убедить скептиков просто взглянуть на него. Похоже, он пришел к успеху.
«Из того, что я понимаю о работе NASA и Cannae, — их радиочастотный двигатель на самом деле работает аналогично EmDrive, кроме того, что асимметричная сила вытекает из пониженного коэффициента отражения на одном конце платы, — говорит Шойер. Он считает, что это снижает удельную тягу двигателя.
Фетта работает над рядом проектов, которые пока не может обсуждать, а PR-команда NASA не смогли получить комментарии у группы ученых. Однако справедливо предположить, что эти результаты были получено довольно быстро, как в случае с аномальными нейтрино быстрее скорости света.
Вопрос с теми нейтрино прояснился достаточно быстро, но, учитывая то, что это уже третий случай создания независимого двигателя без топлива, который работает в тестах, аномальную тягу может быть намного сложнее объяснить, чем кажется.
Работающий микроволновый двигатель может серьезно сократить расходы спутников и космических станций, продлить их рабочую жизнь, обеспечить тягой миссии в глубокий космос и доставить астронавтов до Марса за недели, а не за месяцы. Возможно, это станет одним из величайших изобретений Великобритании.
Впрочем, из объяснений NASA можно предположить, что космическое агентство тоже не до конца уверено. Вопрос в другом: можно ли масштабировать этот двигатель и использовать для космических путешествий? Возможно. Но нужно больше исследований.
Предложен новый вариант варп-двигателя, который не требует экзотической физики
Георгий Голованов
Для того чтобы путешествия к другим звездам не занимали десятки тысяч лет, нам необходимо овладеть новыми технологиями.
Например, полетами со сверхсветовой скоростью. Пригодные для этого варп-двигатели уже существуют в теории, но обычно требуют огромного количества гипотетических частиц и состояний вещества с экзотическими свойствами. Немецкий астрофизик Эрик Ленц предложил новый подход к сверхсветовым путешествиям, который основан только на традиционной физике. Ленц полагает, что его решение переводит эту задачу из области фундаментальной физики «ближе к проектированию».
Если человечество хочет выдержать проверку времен, ему придется расселяться за пределы Земли. Условия на планетах Солнечной системы далеки от идеала, а для того, чтобы добраться до более пригодных для обитания экзопланет, требуется слишком много времени. Например, до ближайшей звезды Альфы Центавра пришлось бы лететь на нынешних химических ракетах свыше 50 000 лет.
Вот где мог бы пригодиться сверхсветовой двигатель. Если бы он существовал, такой полет сократился бы до вполне приемлемых четырех лет, а кое-какие конструкции варп-двигателей позволяют добраться до Альфы Центавра вообще за пять месяцев, пишет New Atlas.
Совсем недавно физики из NASA опубликовали первую общую модель космического корабля, способного перемещаться быстрее скорости света, не нарушая законов физики.
Проблема в том, что согласно Общей теории относительности, физически невозможно двигаться быстрее скорости света. Впрочем, есть варианты: в 1994 физик-теоретик Мигель Алькубьерре предложил варп-двигатель, который может обеспечить путешествия на огромные расстояния, не нарушая законов физики. Его идея заключалась в создании вокруг корабля пузыря отрицательной энергии, сжимающей ткань пространства-времени перед ним и расширяющей позади. А те, кто находится внутри корабля, не будут даже ощущать никакого движения.
К сожалению, взять и получить отрицательную энергию — если она даже существует — не так-то просто. Нужны экзотические формы вещества. Эту проблему, возможно, решил Эрик Ленц из Университета Геттингена. Он обнаружил, что его предшественники проглядели некоторые конфигурации пузырей пространства-времени. Они принимают форму солитонов, компактных волн, которые перемещаются с постоянной скоростью, не меняя формы.
Солитоны присутствуют при определенных условиях в волнах воды, атмосферных явлениях или в движении света через различную среду. А в данном случае, солитоны проходят через саму ткань пространства-времени.
Ленц пришел к выводу, что определенные конфигурации солитонов могут образоваться при помощи традиционной энергии, без нарушения уравнений Эйнштейна и не требуя никаких отрицательных энергий.
Вдобавок, для летящих на кораблях с таким варп-двигателем время будет идти как обычно. Ранее считалось, что объекты, путешествующие со скоростью света, будут стареть медленнее по равнению с окружающим миром. Так что если один из близнецов отправится в полет, он долетит до места назначения более молодым, чем его брат, оставшийся на Земле. Но по концепции Ленца этого не произойдет, потому что в центре солитона имеются минимальные приливные силы, и время идет с той же скоростью, как и снаружи варп-пузыря.
Правда, новый метод требует громадных объемов энергии, примерно на 30 порядков больше, чем могут дать современные реакторы ядерного деления.
Но решить задачу получения огромного объема обычной энергии все-таки проще, чем получить гипотетическую отрицательную энергию.
«Эта работа передвинула проблему путешествий со сверхсветовой скоростью на один шаг прочь от теоретического исследования по фундаментальной физике и ближе к проектированию, — заявил исследователь. — Следующий шаг — понять, как снизить астрономическое количество необходимой энергии, до реальных для современных технологий объемов, например, большой АЭС. Тогда мы сможем начать разговор о строительстве первых прототипов».
Инженер НАСА утверждает, что концепция «винтового двигателя» может достичь 99% скорости света: ScienceAlert
Когда дело доходит до космоса, возникает проблема с нашим человеческим стремлением побывать везде и увидеть все. Большая проблема. Это, ну, космос. Он слишком большой. Даже путешествуя с максимальной скоростью, которую позволяет Вселенная, нам потребуются годы, чтобы добраться до ближайшей соседней звезды.
Но еще один человеческий порыв находит решения больших проблем.
Именно этим в свободное время занимается инженер НАСА Дэвид Бернс. Он разработал концепт двигателя, который, по его словам, теоретически может разогнаться до 99 процентов скорости света — и все это без использования топлива.
Он разместил его на сервере технических отчетов НАСА под заголовком «Винтовой двигатель», и на бумаге он работает, используя способ изменения массы при релятивистских скоростях, близких к скорости света в вакууме. Он еще не был рассмотрен экспертом.
Понятно, что эта статья вызвала ажиотаж, приближающийся к уровням, наблюдаемым в первые дни существования EM Drive. И да, даже некоторые заголовки утверждают, что двигатель может «нарушать законы физики».
Хотя эта концепция и завораживает, она точно не сломает физику в ближайшее время.
В качестве мысленного эксперимента, чтобы объяснить свою концепцию, Бернс описывает коробку с грузом внутри, натянутым на веревку, с пружиной на каждом конце, подбрасывающей груз вперед и назад. В вакууме, таком как космос, эффект от этого будет заключаться в том, что вся коробка покачивается, а вес, кажется, стоит на месте, как гифка, стабилизированная вокруг веса.
В целом, коробка будет продолжать покачиваться в одном и том же месте, но если масса груза будет увеличиваться только в одном направлении, это создаст больший толчок в этом направлении и, следовательно, тягу.
В соответствии с принципом сохранения импульса, согласно которому импульс системы остается постоянным в отсутствие каких-либо внешних сил, это не должно быть полностью возможным.
Но! Есть лазейка в специальной теории относительности. Ура специальной теории относительности! Согласно специальной теории относительности, объекты набирают массу по мере приближения к скорости света. Итак, если вы замените груз ионами, а коробку петлей, то теоретически ионы могут двигаться быстрее на одном конце петли и медленнее на другом.
Но привод Бёрнса не замкнутый контур. Он спиральный, как растянутая пружина — отсюда и «винтовой двигатель».
«Двигатель разгоняет ионы, заключенные в петлю, до умеренных релятивистских скоростей, а затем изменяет их скорость, чтобы слегка изменить их массу.
Затем двигатель перемещает ионы вперед и назад по направлению движения для создания тяги», — писал он в его реферат.
«Двигатель не имеет движущихся частей, кроме ионов, движущихся по вакуумной линии, захваченных электрическими и магнитными полями.»
Звучит здорово, правда? И это — в теории. Но не без существенных практических проблем.
Согласно New Scientist спиральная камера должна быть довольно большой. Если быть точным, около 200 метров (656 футов) в длину и 12 метров (40 футов) в диаметре.
И для создания тяги в 1 ньютон потребуется 165 мегаватт энергии. Это эквивалент электростанции, производящей силу, необходимую для ускорения килограмма массы в секунду в квадрате. Так много вклада для крошечного выхода. Это ужасно неэффективно.
Но в космическом вакууме? Просто может сработать. «Сам двигатель смог бы разогнаться до 99% скорости света, если бы у вас было достаточно времени и энергии», — сказал Бернс New Scientist .
И вот еще что.
Люди — не все из нас, но все же многие — отчаянно хотят отправиться в межзвездное пространство. Мы можем никогда туда не попасть. Но если мы никогда даже не пытаемся думать об этом, это «может» превращается в «определенно». Что это за поговорка — вы промахиваетесь на 100 процентов из выстрелов, которые не делаете?
Бернс отмечает проблему эффективности в своей презентации, а также добавляет, что его работа не была проверена экспертами, и в его математических расчетах могут быть ошибки. У нас точно нет чертежей полнофункционального двигателя для космических путешествий.
У нас есть задел, который можно использовать для разработки такого двигателя. У нас есть мечта звезд.
Вы можете ознакомиться с концепцией Бёрнса здесь.
У инженера НАСА есть отличная идея для высокоскоростного космического двигателя. Жаль, что это нарушает законы физики
Когда инженер НАСА объявляет о новом революционном двигателе, который может доставить нас к звездам, легко прийти в восторг.
Но демоны кроются в деталях, и когда вы смотрите на настоящую статью, все выглядит гораздо менее многообещающе.
Начнем с того, что статья представляет собой набросок идеи, а не рецензируемую работу. Как отмечает автор Дэвид Бернс на последней странице, основная концепция не доказана, не проверена экспертами, и могут существовать математические ошибки. Предложенный Бернсом «винтовой двигатель» также будет безреактивным приводом, подобным ЭМ-приводу, и, таким образом, нарушит третий закон движения Ньютона. Было бы легко просто бросить работу и двигаться дальше, но я хотел бы рассмотреть детали, потому что это интересная (хотя и ошибочная) идея.
Винтовая архитектура двигателя. Фото: Дэвид Бернс
Давайте начнем с дисков без реакции в целом. И этот спиральный двигатель, и ЭД-привод до него «безреактивны», потому что, в отличие от традиционных ракет и двигателей, они не выбрасывают топливо. По своей сути все ракеты основаны на третьем законе движения Ньютона, который гласит, что любой силе, которую вы прикладываете к своей ракете, должна быть равная противодействующая сила, приложенная к чему-то еще.
Для ракеты это какое-то топливо. Выбросьте горячий газ из задней части вашей ракеты на высокой скорости, и в соответствии с третьим законом Ньютона ракета будет двигаться вперед. Очень просто.
Фотография крупным планом двигателей тяжелой ракеты ULA Delta IV во время ее запуска с базы ВВС на мысе Канаверал. Кредит: Гленн Дэвис
Проблема в том, что для того, чтобы ваша ракета двигалась очень быстро, вы должны носить с собой кучу топлива. Сатурн-5, например, должен был сжечь около 20 кг топлива на каждый 1 кг полезной нагрузки только для того, чтобы достичь Луны.
Чем дальше вы путешествуете, тем хуже становится. Если бы вы хотели отправить зонд к ближайшим звездам, вам потребовалось бы около 2000 кг топлива на каждый килограмм полезной нагрузки, а ваше путешествие все равно заняло бы 100 000 лет. Так что можно с уверенностью сказать, что традиционные ракеты не доставят нас к звездам.
Успокаивающее голубое свечение ионного двигателя. Изображение предоставлено: NASA
Безреактивный привод отличается.
Это обеспечит тягу вашей ракеты, не выбрасывая топливо из хвостовой части, поэтому вам не нужен весь этот дополнительный вес. Все, что вам нужно, это энергия, которую вы можете получить от солнечных батарей или термоядерного реактора. Отношение топлива к полезной нагрузке будет в основном 1 к 1. Единственным недостатком является то, что безреактивные приводы нарушают третий закон Ньютона.
Теперь вы можете возразить, что Эйнштейн доказал, что Ньютон ошибался, и это правда, но теория относительности Эйнштейна согласуется с третьим законом Ньютона. Как и квантовая теория. Если работают безреактивные приводы, то три века физики ошибаются.
Поклонники ЭМ-Драйва именно так и утверждают. Они говорят, что ЭМ-привод работает, поэтому третий закон Ньютона неверен. Период. Что делает этот новый спиральный двигатель интересным, так это то, что он не просто нарушает третий закон Ньютона, а пытается настроить Ньютона против самого себя, используя релятивистскую массу.
Подпрыгивающая масса постоянной массы в ракете может вызвать раскачивание ракеты.
Авторы и права: Дэвид Бернс
Основная идея состоит в том, чтобы перемещать массу вперед и назад внутри ракеты, как мячик. Если бы вы сделали это с нормальной массой, то когда мяч ударяется о переднюю часть ракеты, ракета немного двигалась бы вперед, а когда мяч ударялся бы о заднюю часть, ракета немного двигалась бы назад. Другими словами, ракета будет просто раскачиваться вперед и назад, когда мяч отскакивает назад и вперед.
Большой адронный коллайдер, пример ускорителя частиц. Кредит: ЦЕРН.
Бернс предлагает делать это с частицами в спиральном ускорителе частиц. Так как частицы движутся вверх и вниз по спирали, ракета движется в соответствии с третьим законом Ньютона. Но Бернс также предлагает ускорять частицы почти до скорости света, когда они находятся в передней части ракеты, и замедлять их сзади. Согласно теории относительности, частицы, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, имеют большую массу, чем более медленные частицы, поэтому они тяжелее в передней части ракеты, чем в задней.
Возвращаясь к аналогии с мячом, это было бы так, как если бы ваш мяч волшебным образом набирал массу перед тем, как ударится о переднюю часть ракеты, и теряет массу перед ударом о заднюю часть. По законам Ньютона это означает, что мяч будет давать ракете больший толчок вперед, чем назад, и ракета будет ускоряться вперед.
Подпрыгивающая масса изменяющейся массы в ракете двигала бы ракету вперед.
Авторы и права: Дэвид Бернс
Если бы вы могли использовать волшебный шар, изменяющий массу, эта идея сработала бы. Но относительность по-прежнему подчиняется третьему закону Ньютона, поэтому в реальном мире эта идея не работает. Бернс прав в том, что в его статье есть ошибка, но очень тонкая.
Его конструкция только ускоряет круговое движение частиц, поэтому он предполагает, что их скорость вперед и назад вдоль оси ракеты должна оставаться постоянной. Но в теории относительности по мере увеличения массы частиц их скорость вдоль оси замедлялась бы. Это связано с релятивистскими эффектами замедления времени и сокращения длины.