Как работает сфера Дайсона

Наука и жизньНаука

Дайсон против Дайсона

Павел Амнуэль

Один из вариантов «сферы Дайсона» — гипотетической сферической оболочки большого радиуса со звездой в центре.

У советского писателя-фантаста Генриха Альтова есть небольшой рассказ «Девять минут». В далёком будущем возвращается домой звездолёт с экипажем. Фотонный двигатель развёрнут в сторону Солнечной системы, и поэтому люди не могут видеть ни наше светило, ни родную Землю. Когда торможение заканчивается и двигатель отключается, экипаж собирается в рубке, чтобы посмотреть, наконец, на свой дом. Но… Земли нет! Можно представить ужас людей, много лет путешествовавших в космосе, когда они понимают: у них больше нет дома! Проходит несколько кошмарных минут, прежде чем один из членов экипажа догадывается, что, возможно, люди научились ловить весь падающий на Землю видимый и ультрафиолетовый свет. И тогда почти одновременно все «подумали об инфраизображении. Если научились ловить весь падающий на Землю видимый и ультрафиолетовый свет, то инфракрасные, тепловые, лучи должны по-прежнему излучаться в пространство: иначе нарушится тепловой баланс планеты».

Звездолётчики переключают приборы на инфракрасный диапазон, и вот она — Земля, как ни в чём не бывало, плывёт в космическом пространстве!

Рассказ написан в 1964 году. Похожую идею предложил четырьмя годами раньше американский физик Фримен Дайсон (1923—2020). Не столько идею, сколько расчёты гигантского сооружения, которое перехватывало бы всю энергию Солнца, чтобы использовать её на благо человечества. А если бы такое сооружение создали представители иных высокоразвитых цивилизаций, то мы с Земли могли бы наблюдать удивительные инфракрасные звёзды и понять: у нас есть братья по разуму!

Так возникло новое направление в астрофизических исследованиях: поиски астроинженерной деятельности во Вселенной. Сооружения иных высокоразвитых цивилизаций получили название «сфер Дайсона», хотя он сам не хотел, чтобы концепция «сферы» была названа в его честь.

Родился Фримен Дайсон в 1923 году в Англии в семье гуманитариев. Отец его, Джордж, был известным музыкантом, мать, Милред Люси, — юристом. Часто дети идут по стопам родителей, но Фримен не увлёкся ни музыкой, ни юриспруденцией. Он с детства читал энциклопедии вместо школьных учебников и научную фантастику вместо сказок. Его сестра Алиса рассказывала, что брат постоянно что-то вычислял на клочках бумаги. По натуре Фримен — настоящий учёный, который постоянно находился в поиске. «Он считал, что в науке важно быть не ортодоксом, а заниматься новым, подрывать устои, бунтовать! Он делал это всю жизнь», — сказал о Дайсоне друг его юности, невролог Оливер Сакс.

Фримен Дайсон.

В 1947 году Дайсон поступил в Корнеллский университет в США. Там произошло важное событие: он познакомился с уже известным в те годы Ричардом Фейнманом, будущим нобелевским лауреатом. Фейнман занимался квантовой механикой и участвовал в американском «атомном проекте».

Квантовая физика продемонстрировала свои возможности ещё до войны, когда учёные открыли цепную реакцию деления атомов урана и стало ясно, что при этом выделяется огромная энергия. Как говорил другой участник атомного проекта Энрико Ферми: «Это была красивая физика». Но красивая физика вынужденно привела к созданию самого грозного оружия и гибели японских городов Хиросима и Нагасаки. К счастью, квантовая физика позволила сконструировать не только бомбы, но и атомные электростанции, и атомные ледоколы, и атомные реакторы, создающие изотопы, в том числе и для медицинских целей.

Квантовая механика представлялась наукой не просто красивой, но непогрешимой — её прогнозы оправдывались всегда! С помощью квантовой механики учёные объяснили даже, почему светят звёзды (см. статью «Почему светят звёзды?», «Наука и жизнь» № 1, 2020 г.).

Следует ли удивляться, что бунтарь Фримен Дайсон выбрал для будущих занятий именно квантовую физику? С таким учителем, как Ричард Фейнман, выбор был предопределён. По характеру они оказались очень похожи — оба были научными «еретиками».

В конце 1940-х годов квантовая теория была всё ещё далека от завершения. Оставалось множество белых пятен и нерешённых проблем. Например: как взаимодействуют заряженные частицы? Как они излучают и поглощают фотоны? Всякий раз, рассчитывая взаимодействия и превращения заряженных частиц, физики-теоретики получали в решениях сложнейших уравнений бесконечно большие величины — так называемые сингулярности. Сингулярность — то, что невозможно описать. То, что происходит в сингулярности, не соответствует известным закономерностям и правилам. Некоторые сингулярности проходят даже в школьной математике. Например, все знают, что делить на ноль нельзя. Получается нечто бесконечно большое, невозможное и не существующее в реальном мире.

Решая уравнения квантовой электродинамики, физики получали в результате сингулярности. Квантовая механика работала, а квантовая электродинамика топталась на месте, и если бы выход не был найден, у нас сейчас не было бы смартфонов, быстродействующих компьютеров, гигантских коллайдеров и многого другого, без чего мы не представляем сегодняшнюю цивилизацию.

Физики нуждались в новой, неожиданной идее, способной избавить теорию от сингулярностей. Такая бунтарская идея пришла в голову Ричарду Фейнману в 1949 году. То, что он придумал, получило название «диаграмм Фейнмана», поскольку внешне его рисунки действительно напоминали диаграммы: линии, прямые и волнистые, изображали траектории частиц, точки пересечения соответствовали самим частицам. Точки, линии и стрелки символизировали определённые физические процессы. Диаграммы получались очень сложными, но сингулярности исчезали. Однако мало кто мог в то время разобраться в диаграммах Фейнмана, и одним из немногих оказался Фримен Дайсон. Он не просто разобрался, но увидел и сумел объяснить физикам-теоретикам, какой глубокий физический смысл в диаграммах заключался. Можно сравнить фейнмановские диаграммы с замечательным механизмом, к которому Дайсон подобрал горючее и заставил работать. Теоретическая квантовая электродинамика сдвинулась, наконец, с «мёртвой точки» и начала быстро и успешно развиваться.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Электроны и котики Электроны и котики

Электроны и котики

Наука и жизнь
Как быстро отрезветь: работающие лайфхаки и методы, которые могут только навредить Как быстро отрезветь: работающие лайфхаки и методы, которые могут только навредить

Работающие стратегии по минимизации ущерба от употребления спиртного

Playboy
Новый взгляд на свёклу и мангольд Новый взгляд на свёклу и мангольд

Столовая свёкла признана одной из самых полезных овощных культур

Наука и жизнь
Арсений Бродач Арсений Бродач

Арсений Бродач проектирует общественные пространства в российских городах

Собака.ru
106 минут новой эры 106 минут новой эры

Какое значение орбитальный рейс Юрия Гагарина имел для мировой науки

Наука и жизнь
Большой брат: как в разных странах легально следят за людьми даже дома Большой брат: как в разных странах легально следят за людьми даже дома

В США и Китае каждый человеческий шаг отслеживается камерами видеонаблюдения

Популярная механика
Драма 1921 года Драма 1921 года

Страшные подробности царь-голода в Советской России 1921 года

Дилетант
Дочь Пушкина, умершая от голода: трагичная судьба Марии Гартунг Дочь Пушкина, умершая от голода: трагичная судьба Марии Гартунг

История жизни старшей дочери Пушкина Марии Александровны Гартунг

Cosmopolitan
Гены, бактерии и… эволюция Гены, бактерии и… эволюция

Интервью с Петром Сергиевым об исследовании генов

Наука и жизнь
Умные часы и оптогенетика нормализовали показатели глюкозы у мышей с диабетом Умные часы и оптогенетика нормализовали показатели глюкозы у мышей с диабетом

Ученые разработали клетки, способствующие выработке пептида-1

N+1
Наши высочества Наши высочества

Интервью с высокими и талантливыми актрисами сериала «Дылды»

Maxim
Как байкальские рачки разглядели сразу два глобальных похолодания Как байкальские рачки разглядели сразу два глобальных похолодания

Байкальские рачки ведут летопись доисторических событий

Наука
«Как прекрасен жёлтый цвет!» «Как прекрасен жёлтый цвет!»

Период цветения первоцветов очень краток. Не пропустите «жёлтую» весну!

Наука и жизнь
5 способов развить интуицию 5 способов развить интуицию

Интуиция есть у всех, и это навык, который можно и нужно развивать

Psychologies
Картина маслом Картина маслом

Пентхаус с авторской живописью в Екатеринбурге

SALON-Interior
На Саяно-Шушенскую ГЭС — за рулем полноприводного кроссовера Skoda Karoq. Тест-драйв На Саяно-Шушенскую ГЭС — за рулем полноприводного кроссовера Skoda Karoq. Тест-драйв

Полный привод — не единственное новшество Skoda Karoq

СНОБ
«Локдаун встряхнул»: почему растут цены на загородную недвижимость и что будет дальше «Локдаун встряхнул»: почему растут цены на загородную недвижимость и что будет дальше

Впервые с 2014 года застройщики начинают строить новые коттеджные поселки

Forbes
Лариса Вербицкая: «Всегда прислушиваюсь к своему организму» Лариса Вербицкая: «Всегда прислушиваюсь к своему организму»

Телеведущая Лариса Вербицкая о том, как ей удается оставаться эталоном красоты

Худеем правильно
Артем Быстров и Ксения Теплова: Не вся жизнь - театр Артем Быстров и Ксения Теплова: Не вся жизнь - театр

Артем Быстров и Ксения Теплова рассказывают друг о друге с невероятной нежностью

Караван историй
Новый ровер будет добывать воду на Луне, прожигая грунт ракетным двигателем Новый ровер будет добывать воду на Луне, прожигая грунт ракетным двигателем

Masten Space Systems разрабатывает роботизированный вездеход Rocket M

Популярная механика
Яицкие «лихие люди» Яицкие «лихие люди»

Империя вытравливала из народной памяти любые упоминания о казачьих бунтах

Дилетант
Чем грозит передозировка йода? Чем грозит передозировка йода?

Симптомы отравления йодом обнаруживаются у многих туристов

Cosmopolitan
Секреты стройных фигур звезд сериала «Содержанки»: Мороз, Зудиной и других Секреты стройных фигур звезд сериала «Содержанки»: Мороз, Зудиной и других

Звезды сериала «Содержанки» раскрыли секреты своего изящного телосложения

Cosmopolitan
4 стиля общения: какой наиболее эффективен? 4 стиля общения: какой наиболее эффективен?

Можно выделить всего четыре стиля коммуникации

Psychologies
Сококе Сококе

Звери с Ольгой Волковой

Weekend
Еда — это медитация Еда — это медитация

Легкая и чистая диета, апофеоз осознанности

Tatler
Улетные каникулы космических туристов Улетные каникулы космических туристов

Теперь о путешествии на орбиту можно не только мечтать

Playboy
«Я ничего не успеваю!»: как избавиться от постоянной спешки «Я ничего не успеваю!»: как избавиться от постоянной спешки

«Болезнь загнанности» — состояние, в котором вы постоянно торопитесь

Psychologies
Эволюция еды: история человечества, разложенная по тарелкам Эволюция еды: история человечества, разложенная по тарелкам

Как человек менялся вместе со своим рационом

Вокруг света
Китайские ученые разработали белок для защиты нейронов при инсульте Китайские ученые разработали белок для защиты нейронов при инсульте

Ученые разработали белок Tat-CIRP, который защищает нейроны при инсульте

N+1
Открыть в приложении