Чудеса, да и только
Новые открытия в современной физике и их прикладное значение. Часть 1.
Современная наука развивается так быстро, что многие открытия, которые обычные люди считали бы сказочными, ныне становятся реальностью.
Колонизация планет уже не за горами
Современные открытия в физике сегодня стали совершенно непредсказуемыми, учитывая, что научно-технический прогресс достиг того предела, при котором можно буквально дотянуться до звезд. И уже довольно скоро человечество сможет оторваться от родной Земли и заселить близлежащие планеты.
Совсем недавно НАСА анонсировало двигатель будущего, способный разогнаться до скорости света – 299792458 м/с (что является наибольшей физически возможной скоростью) и позволяющий за считанные минуты долететь до ближайших к нам планет.
В 2019 году инженер Дэвид Бёрнс из Центра космических полетов им. Маршалла НАСА предложил творческую альтернативу классическим двигателям на жидком топливе.
Это массивный двигатель в форме спирали, приводимый в движение ускорителями частиц. Бёрнс называет это устройство «спиральным двигателем» (Helical Engine).
Как отмечает ученый, данный проект использует лазейку в специальной теории относительности Эйнштейна. Удивляет здесь именно то, что спиральный двигатель работает не на топливе, а просто отталкивается, улавливая частицы космической пыли и разгоняя их в ускорителях частиц до скорости, близкой к скорости света. При такой скорости частицы приобретают огромную избыточную массу и передают большой импульс кораблю, заставляя его двигаться в нужном направлении. За достаточно длительное время это позволит кораблю разогнаться до скорости 99% от скорости света.
Новый двигатель НАСА может теоретически разогнаться примерно до 300 миллионов метров в секунду без использования ракетного топлива.
Сейчас уже далеко не редкость, когда новые открытия обходят или даже «нарушают» привычные всем законы физики. Даже в НАСА это второй за последние годы двигатель, принцип работы которого не согласуется с физическими законами.
Так, в 2015 году группа ученых из НАСА провела испытания еще одного «невозможного» двигателя – EmDrive, не требующего использования ракетного топлива. Его прозвали «невозможным» также и за то, что принцип его работы нарушает закон сохранения импульса. Первый рабочий прототип EmDrive был создан британским инженером Роджером Шойером еще в 2002 году. О! Сколько копий было сломано учеными при обсуждении его реальных физических свойств и возможности использовать сей девайс как двигатель космолета.
«Невозможный» двигатель EmDrive представляет собой полый медный конический резонатор, запаянный с обоих концов. К резонатору крепится магнетрон, генерирующий микроволновое излучение.
Как указывает NASA Spaceflight, новые испытания EmDrive могут стать настоящим прорывом для НАСА за последние годы. На сей раз тесты проходили в состоянии вакуума, где, как оказалось, EmDrive вполне себе способен работать, выдавая тягу с коэффициентом мощности 1,2±0,1 мН/кВт.
Такой результат позволяет инженерам НАСА предположить (именно предположить, потому что объяснить точный принцип работы этого двигателя они пока не могут), что создаваемая тяга образуется снаружи, а не внутри двигателя. Причем тяга создается в замкнутом контуре, без выхлопа. Но самое интересное, что работающий на непонятном принципе двигатель выдает тягу даже в вакууме, где исключена любая тепловая конвекция.
Опубликованный отчет НАСА свидетельствует, что лабораторные испытания EmDrive завершены – и двигатель доказал свою работоспособность. Следующим шагом должны стать его испытания в космосе. Космический аппарат с двигателем такого типа можно отправить на большое расстояние – это станет еще более убедительным наглядным доказательством работы EmDrive. По оценкам инженера НАСА, космический корабль с EmDrive способен доставлять пассажиров и багаж с Земли на Луну всего за 2 часа, а на Марс – за 10 недель.
В то же время использование EmDrive значительно облегчит вес самого корабля. Так, для обычного геостационарного спутника замена обычного двигателя на EmDrive означает снижение веса с 3 до 1,3 тонны. Что же, поживем увидим.
Варп-двигатель из «Звездного пути»
Вместе с тем одним из самых значительных препятствий, удерживающих человечество от полета к звездам, является ограничение скорости передвижения во Вселенной. И это та самая скорость света в вакууме – 299792458 м/с. Ничто, обладающее массой, не может достичь такой скорости. Однако существуют теоретические обходные пути и лазейки, которые связаны с тем фактом, что сама ткань пространства-времени может деформироваться. Это позволит кораблю мгновенно преодолевать миллионы световых лет и оказываться сразу на другом конце нашей Вселенной.
И одной из таких лазеек является варп-двигатель, или «пузырь» Алькубьерре (конструкция, впервые предложенная мексиканским физиком-теоретиком Мигелем Алькубьерре в 1994 году).
Однако у модели Алькубьерре был и существенный недостаток. Для деформации пространства-времени вокруг объекта требовался пузырь с отрицательной плотностью энергии, питаемый особыми экзотическими частицами (которые науке еще не известны) либо таинственной темной энергией, которая управляет расширением Вселенной.
Однако такая задача недостижима даже в отдаленном будущем. Тем не менее искривлять пространство-время можно и с помощью гравитации.