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

106 минут новой эры 106 минут новой эры

Какое значение орбитальный рейс Юрия Гагарина имел для мировой науки

Наука и жизнь
Одомашнивание увеличило объем серого вещества у лисиц Одомашнивание увеличило объем серого вещества у лисиц

У одомашненных лисиц больше объем серого вещества мозга

N+1
Заповедники: «Умный дом» для природы Заповедники: «Умный дом» для природы

Уйдут ли заповедники в прошлое или, наоборот, станут более востребованными?

Наука и жизнь
Главные правила при выборе аксессуаров на лето 2021 (последний штрих, и ты — плейбой) Главные правила при выборе аксессуаров на лето 2021 (последний штрих, и ты — плейбой)

Аксессуары, которые ты обязательно захочешь включить во все свои луки

Playboy
Неизвестная катастрофа, изменившая облик Северной Америки Неизвестная катастрофа, изменившая облик Северной Америки

Когда на Земле был единичный катастрофический космогенный процесс

Наука и жизнь
«Токсичное» позитивное мышление: как выбраться из ловушки ложного оптимизма «Токсичное» позитивное мышление: как выбраться из ловушки ложного оптимизма

Еще недавно позитивное мышление преподносилось как «волшебная таблетка»

Psychologies
Чем грозит слабеющий гольфстрим? Чем грозит слабеющий гольфстрим?

Новые данные, уточняющие поведение Гольфстрима

Наука и жизнь
Как Трэвис Скотт стал самой продающей звездой пандемической эпохи Как Трэвис Скотт стал самой продающей звездой пандемической эпохи

Творческий путь Трэвиса Скотта, неразрывно связанный с маркетинговой силой

РБК
Душное лето 1936 года Душное лето 1936 года

Как советская система перемалывала своих создателей

Огонёк
Маленькие супергерои: 3 семейства насекомых со сверхспособностями Маленькие супергерои: 3 семейства насекомых со сверхспособностями

Насекомые пережили целый ряд катастроф на нашей планете

Вокруг света
Сила света Сила света

Как устроена индустрия световых шоу и инсталляций

Популярная механика
Жарим правильно: 5 правил идеального сочного стейка своими руками от шеф-повара Жарим правильно: 5 правил идеального сочного стейка своими руками от шеф-повара

Советы от шефа и тот самый рецепт, который может стать твоим фирменным

Playboy
Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018» Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Playboy
Люди изменили ландшафт юго-западной Амазонии за тысячи лет до прибытия европейцев Люди изменили ландшафт юго-западной Амазонии за тысячи лет до прибытия европейцев

Искусственные острова преобразили природу на болотах Боливии 3500 лет назад

N+1
Все советские космические фантастические фильмы. Часть 2 (1975-1990) Все советские космические фантастические фильмы. Часть 2 (1975-1990)

Некоторые из этих советских фантастических фильмов не видели даже граждане СССР

Maxim
Как архитектура впала в детство Как архитектура впала в детство

Утопия «Аркигрэма» — одна из популярнейших архитектурных утопий

Weekend
Запасной выход Запасной выход

Озера – идеальное место отдыха с шезлонгами, красивыми пейзажами

Лиза
Личная коллекция: 10 ювелирных украшений королевы Елизаветы Личная коллекция: 10 ювелирных украшений королевы Елизаветы

Коллекции ювелирных украшений Елизаветы II

РБК
10 крутых изобретений, сделанных мамами в декрете 10 крутых изобретений, сделанных мамами в декрете

Вдохновляющие истории, в которых материнство не помеха достижениям в науке

Популярная механика
Шум моторных лодок заглушил любовные песни рыб-жаб Шум моторных лодок заглушил любовные песни рыб-жаб

Шумовое загрязнение нарушает коммуникацию этих рыб

N+1
Ритуальные жертвоприношения и петушиные бои продлили жизнь древним курам в Британии Ритуальные жертвоприношения и петушиные бои продлили жизнь древним курам в Британии

Палеозоологи обнаружили петухов-долгожителей среди древних птиц

N+1
Музыка Земли: как композиторы ставят на службу искусства шум волн, биение сердца и землетрясения Музыка Земли: как композиторы ставят на службу искусства шум волн, биение сердца и землетрясения

Мы живем в окружении звуков. Или того, что можно в них превратить

Вокруг света
Подои меня нежно Подои меня нежно

Доильный аппарат создает у коровы впечатление, будто она кормит теленка

Наука
«ДАУ», «Борат», «Чебурашка»: каким фильмам не повезло с Минкультом «ДАУ», «Борат», «Чебурашка»: каким фильмам не повезло с Минкультом

Вспоминаем фильмы, которым тоже не повезло с прокатным документом

РБК
«Дочь закрыла руками голову и лицо»: почему родители отказываются от шлепков «Дочь закрыла руками голову и лицо»: почему родители отказываются от шлепков

Почему родители в России готовы бить своих детей и к чему это приводит

Cosmopolitan
Как выбрать загородный дом: для себя и для инвестиций Как выбрать загородный дом: для себя и для инвестиций

Как выбрать загородную недвижимость и на что обратить внимание при выборе дома?

СНОБ
Знак на лбу у римских купидонов назвали клеймом преступников и рабов Знак на лбу у римских купидонов назвали клеймом преступников и рабов

Анализ сицилийских мозаик принес новую трактовку V-образных символов

N+1
Питер, бары, лекции: как современные ученые популяризируют науку Питер, бары, лекции: как современные ученые популяризируют науку

Почему наука пошла по барам и к чему это привело?

Популярная механика
«Звук металла» — притча о глухом барабанщике, который не смог «Звук металла» — притча о глухом барабанщике, который не смог

«Звук металла» с помощью восприятия музыки рассказывает притчу о хрупкости жизни

СНОБ
Олеся Рудакова. Мама Олеся Рудакова. Мама

Дочь Нины Руслановой: «Мама не могла ни говорить, ни писать, но мы не сдавались»

Коллекция. Караван историй
Открыть в приложении