Китай создал нарушающий законы физики двигатель. Электромагнитный двигатель - вопреки законам науки к звездам? Как работает нарушающий законы физики двигатель
В ближайшее время исследователи из Китая планируют испытать двигатель EmDrive, который, по их заверениям, работает на энергии микроволн. Устройство представляет собойметаллический усечённый конус и магнетрон, создающий микроволны, энергию которых накапливает резонатор. При этом система не подвергается внешнему воздействию и использует для создания тяги электромагнитные поля.
Создатели EmDrive отказываются раскрывать технологию. Однако финские физики считают, что работа двигателя осуществляется на основе инерции фотонов, возникающих из-за эффекта Унру. Такой способ позволяет избавиться от тяжеловесных контейнеров с топливом и использования реактивного выброса.
Видео
Отмечается, что что изначально идея устройства, которое противоречит законам физики, была высказана британским инженером Роджером Шойером. Он представил свой проект общественности в 2003 году, сообщаетГазета.ру .
Создатели EmDrive надеются провести испытания двигателя в космосе. Они считают, что использование устройства позволит сократить полёт до Марса до 10 недель. А если проект окажется успешным, он позволит достигнуть края Солнечной системы за несколько месяцев.
Действительный член Российской академии космонавтики имени Циолковского Александр Железняков не верит, что такой двигатель способен работать.
«Я фантастику не комментирую. Вы понимаете, тут вообще непонятно, что это за двигатель. Я всё-таки сторонник того, что в природе ничего бесследно не исчезает и ничего бесследно не появляется. А тут какие-то фантастические идеи высказываются. Не зная всех подробностей, комментировать абсурдно», - сказал он в беседе с НСН .
В свою очередь, заведующий отделом Института прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН, доктор физико-математических наук Георгий Малинецкий заметил, что двигатель EmDrive не нарушает законы физики.
«Когда люди представляют себе двигатель, то они представляют, что что-то движется, сгорает, но с XIX века, когда всё было именно так, многое изменилось. С тех пор люди создали и квантовую механику, и квантовую теорию пули. Они выяснили, что фотон (частичка, у которой нет массы покоя) имеет и импульс, и энергию. Соответственно попытки учёных использовать такие вещи, превращая энергию электромагнитного поля в энергию движения – это деятельность, связанная с двигателем EmDrive. Нарушений законов физики здесь нет, а дальше зависит от инженеров, сумеют ли они, исходя из представлений квантовой теории поля, квантовой механики, воплотить это в реальных конструкциях», - заверил он в беседе с НСН .
Эксперт также заметил, что за создателей такого двигателя можно только порадоваться и уточнил, что раньше проектом создания «невозможного» двигателя серьёзно занимались в NASA. В то же время эксперт не слышал, чтобы в России кто-то занимался похожими устройствами.
Малинецкий заметил, что этот двигатель представляет особую ценность для космонавтики.
«Для того, что есть на Земле, этот двигатель не нужен. Вполне можно ездить и на бензине, и на газе, и на электричестве. Но когда дело касается космоса, то там, чтобы спутник не уходил с орбиты, нужна тяга, пусть и очень маленькая. Что самое главное, этот двигатель не расходует рабочее тело, он имеет дело с полем, поэтому для него не нужно ракетное топливо везти на орбиту. В этом смысле это крайне заманчивая идея», - заметил эксперт.
Проблема заключается в том, что за пределами таких довольно очевидных иллюзий подход "сперва теория" ни на что не годится. В конце XIX века пара американских учёных по измерению скорости света в разных направлениях. В одном из них скорость движения Земли в пространстве "складывалась" с измеряемой световой, ведь планета летит в космосе с большой скоростью. В те времена теория говорила, что измеряемая скорость света должна от такого складывания изменяться. В опыте никаких изменений не было. Когда Майкельсон и Морли опубликовали результаты эксперимента, практически всё научное сообщество сказало: полученный ими результат - ошибка. Формально оно поступило верно - теории под такой результат тогда не было.
Если бы Б. Штерн и В. Лебедев к тому времени уже родились, они, несомненно, одобрили бы это решение. Ведь если скорость света не меняется, "складываясь" со скоростью движения Земли в космосе, то где-то "пропадает" импульс. А ведь именно за такое нарушение они не любят EmDrive. Лишь спустя десятилетия некто Альберт Эйнштейн выяснил, что теории, существовавшие до него, были неверны для скоростей, близких к скорости света. А вот эксперимент, который Майкельсон и Морли посчитали своей ошибкой, наоборот, оказался верным.
Что бывает с теми, кто в них не верит
В 1970-х годах в СССР проанализировали образцы лунного грунта, доставленные "Луной-24". В грунте нашли воду . Вот только теории того времени не предполагали, что на Луне может быть вода. Поэтому советские учёные в соответствующей публикации сослались на вероятность попадания воды в грунт каким-то неизвестным образом уже на Земле. Через 30 лет дистанционным зондированием выяснилось, что вода на Луне есть и немало. Но отечественных учёных в список её первооткрывателей занести вряд ли получится. Если вы открыли что-то радикально новое, и тут же - чтобы избежать насмешек коллег - сказали, что это может быть ошибкой, то все именно так это и воспримут. Работу никогда не цитировали.
Как мы видим, люди говорящие "сначала теория, а потом эксперимент", часто проходят мимо больших открытий. Поэтому со временем многие стали игнорировать идею о том, что эксперименты и наблюдения верны только тогда, когда они сходятся с теорией. Так случилось в 1998 году: выяснилось, что в самых далёких галактиках сверхновые имеют яркость ниже положенной. Из этого получалось, что скорость расширения Вселенной миллиарды лет назад и сегодня сильно различается - иначе аномалии яркости не объяснить. Замеры оказались теоретическим шоком - ничто в тогдашних теориях не указывало на то, что так вообще может быть.
Это ошибочные наблюдения". Напротив, физики-теоретики сели, подумали, и хоть и не сразу, но придумали тёмную энергию, "расталкивающую" Вселенную. "Видел" кто-нибудь тёмную энергию, регистрировал её? Нет, более того, её изначально предложили как нечто, чего увидеть нельзя.
О чём нам забыли рассказать в школе
Представьте: ваш ребёнок на уроке посчитал скорость поезда неверно, и у него не получается довести состав из А в Б за положенное по условиям задачи время. Тогда он берёт и пишет: "Поезд был ускорен тёмным локомотивом, не взаимодействующим с электромагнитными волнами и поэтому оставшимся невидимым для составителя условия задачи". Психически нормальный учитель поставит за это двойку. Ибо в школе учат, что все законы физики всегда железно выполняются, а если нет, то ваш ребёнок просто не умеет считать.
А вот учёным за вышеописанное открытие, интерпретированное как тёмная энергия, дали Нобелевку. И правильно сделали. Потому что практика - единственный критерий истинности теории, а никак не наоборот. Школьный учебник упрощает жизнь - эксперименты сходятся с теориями только тогда, когда они верные. Если измерения показывают, что Вселенная расширялась в разное время с разной скоростью, то это научный факт. Мы можем сомневаться в существовании тёмной энергии, предлагая менее загадочные альтернативы. И, более того, регулярно Но говорить "ваши измерения сверхновых ерунда, потому что они не соответствуют теории" - это не слишком научная позиция.
Куда упёрся вопрос
Как отметил по этому поводу физик Николай Горькавый, эксперимент на самом деле не может нарушать законы природы. Он происходит в природе, что автоматически "легализует" его результаты. "Вопрос всегда упирается в трактовку эксперимента",- выступает в роли Капитана Очевидность учёный.
С его точки зрения, существует как минимум одно гипотетическое объяснение наблюдаемого в экспериментах с EmDrive. Несколько огрубляя, "микроволновка в ведре" просто входит в резонанс с гравитационными волнами высокой частоты, которые образовались при коллапсе Вселенной, предшествовавшей нашей. История с этими волнами и прошлой Вселенной настолько увлекательна, что с ней Коротко отметим, что гравитационные волны, в отличие от той же тёмной материи и тёмной энергии, реально открытый экспериментальный факт. Существуют ли высокочастотные гравиволны и является ли EmDrive их случайно созданным детектором - вопрос пока открытый.
пустым ведром" в последнем опыте, очень мала - всего 1,2 миллиньютона на киловатт прилагаемой мощности. На первый взгляд, это годится, только чтобы двигать песчинки в космосе. Однако в вакууме скорость не гасится трением и при длительном ускорении можно разогнаться довольно сильно. Конечно, российские СМИ сильно поторопились, обещая, что так можно долететь до Марса за 70 дней. Простые расчёты показывают, что даже автоматический зонд с ядерным реактором, питающим EmDrive, на такой тяге долетит до Марса за многие месяцы. Однако при более дальних полётах замены подобному двигателю пока не видно. Ракетные и ионные аналоги быстро исчерпают топливо, выбрасываемое назад.
"Летающее ведро" в такой массе не нуждается, и, например, дальние рубежи Солнечной системы вполне доступны ему в этом столетии. Оно, если верить последним экспериментам, выдаёт примерно в 300 раз больший импульс на киловатт мощности, чем солнечный парус или фотонные двигатели из научной фантастики. Между тем солнечный парус - это самый реалистичный на сегодняшний день вариант звездолёта. Если EmDrive работает, то он сможет доставить зонд к Проксиме Центавра за сотни или даже десятки лет. Пока это единственный потенциально возможный вариант исследования недавно открытой ближайшей планетной системы.
Электромагнитный двигатель (ЭМ двигатель) впервые разработан в 2001 году аэрокосмическим инженером Роджером Шовайером, эту технологию можно рассматривать как силовую установку, которая не использует топливо, чтобы вызвать движение. Удаление потребности в топливе делает корабль значительно легче, и поэтому его проще перемещать (и дешевле сделать, теоретически). Кроме того, гипотетический привод способен достигать чрезвычайно высоких скоростей - мы говорим о потенциальном передвижении людей к внешнему миру Солнечной системы в течение нескольких месяцев.
Проблема в том, что вся концепция реактивного привода не согласуется с сохранением импульса Ньютона, который утверждает, что в замкнутой системе линейный и угловой момент остаются постоянными независимо от любых изменений, происходящих в указанной системе. Проще говоря: если внешняя сила не прикладывается, объект не будет двигаться.
ЭМ двигателю не хватает реакции, определенной в третьем законе Ньютона: «Для каждого действия существует равная и противоположная реакция». Но это противоречит нашему нынешнему фундаментальному пониманию физики: действие (движение корабля), происходящие без реакции (воспламенение топлива и вытеснение массы), должны быть невозможным. Для того чтобы это произошло, это означало бы пока еще не определенное явление, любо наше понимание физики совершенно неверно.
Как работает ЭМ двигатель
Отложив в сторону потенциально физически невыполнимые возможности технологии, давайте раскроем простыми словами, как работает предлагаемый дисковый электромагнитный двигатель. ЭМ двигатель - это то, что называется радиочастотным резонатором, и является одной из нескольких гипотетических машин, которые используют эту модель. Эти конструкции работают благодаря наличию магнетронных импульсных микроволн в замкнутом усеченном конусе, затем надавливают на короткий конец конуса и продвигают корабль вперед. Это контрастирует с формой использования космических аппаратов с двигателем, которые сжигают большое количество топлива, вытесняя огромное количество энергии и массы, чтобы ракета двигалась.
В то время как испытания проводились на экспериментальных версиях привода - с низким энергопотреблением, приводящим в действие несколько микро насосов тяги (примерно столько же, сколько вес копейки). Возможно, некоторые положительные результаты тяги могут быть вызваны помехой или неучтенной ошибкой с испытательным оборудованием.
Несмотря на большой скептицизм относительно ЭМ двигателя, важно отметить, что было несколько человек, которые протестировали диск и сообщили о достижении тяги.
В 2001 году Шовайер получил грант в размере 45 000 фунтов стерлингов от британского правительства для тестирования ЭМ двигателя. По сообщениям, его испытание достигло 0,016 Ньютона силы и потребовало 850 Вт мощности, но ни один экспертный обзор тестов не подтвердил это. Однако стоит отметить, что это число было достаточно низким, что было потенциально ошибкой эксперимента.
В 2008 году Ян Хуан и команда китайских исследователей в Северо-Западном политехническом университете предположительно подтвердили теорию, касающуюся радиочастотных резонансных двигателей, и впоследствии построили свою собственную версию в 2010 году, тестируя диск несколько раз с 2012 по 2014 год. Результаты тестов были предположительно положительными, достигая до 750 мН тяги и требуя 2500 Вт мощности.
В 2014 году исследователи НАСА протестировали собственную версию ЭМ двигателя, в том числе в жестком вакууме. Еще раз, группа сообщила о толчке, и еще раз данные не были опубликованы через рецензируемые источники. Другие группы НАСА скептически относятся к утверждениям исследователей, но эти выводы не подтверждают и не опровергают диск, а требуют дополнительных испытаний.
В 2015 году та же самая группа НАСА проверила версию инженера-химика Гвидо Фетты и сообщила о положительной чистой тяге. Аналогичным образом, исследовательская группа в Дрезденском технологическом университете также проверила драйв, снова сообщив о толчке, как предсказанным, так и неожиданным.
Еще один тест исследовательской группы НАСА, в конце 2015 года, по-видимому, подтвердил справедливость ЭМ двигателя. Тест скорректировал ошибки, которые произошли в предыдущих тестах, и, что удивительно, привод достиг тяги. Тем не менее, группа еще не представила свои выводы для экспертной оценки. Возможно, что другие непредвиденные ошибки в эксперименте могут вызвать тягу (наиболее вероятным из которых является то, что вакуум был скомпрометирован, вызывая нагрев и расширение воздуха внутри испытательной среды и перемещения привода). Независимо от того, публикуются ли выводы или нет, необходимо провести больше тестов. Именно это намерен сделать исследовательский центр Гленна в Кливленде, Огайо, Лаборатория реактивного движения НАСА и Лаборатория прикладной физики Университета Джона Хопкинса. Для верующих в ЭМ двигатель, похоже, есть какая-то надежда.
В середине 2016 года физик Майкл МакКаллох, исследователь из Университета Плимута в Соединенном Королевстве, предложил новую теорию, которая может дать объяснение тяги, наблюдаемой в тестах. Теория МакКаллоха посвящена инерции и тому, что называется эффектом Унру - концепцией, предсказанной относительностью, заключающейся в том, что ускоряющийся наблюдатель видит фон излучения вокруг себя, даже если не ускоряющийся наблюдатель не видит ничего.
Новая теория Маккаллоха посвящена неподтвержденной концепции излучения Унру, которая обнаруживает, что частицы образовываются из вакуума пространства как прямой результат наблюдаемого нагрева Вселенной из-за ускорения. Эта теоретическая концепция в значительной степени соответствует нашему нынешнему пониманию Вселенной и предсказывает результаты инерции, которые мы наблюдаем в настоящее время, хотя и с одним заметным исключением: небольшие ускорения в масштабе примерно того, что наблюдалось при тестировании ЭМ двигателя.
Это ускорение происходит в результате частиц излучения Унру, длины волн которых возрастают по мере ускорения. Частицы Унру на разных длинах волн должны были бы располагаться на обоих концах конуса ЭМ-драйва, и когда они подпрыгивают внутри конуса, их инерция также изменится, что в конечном итоге приведет к тяге.
Теория Маккаллоха, по общему признанию, немного сложна для того, чтобы рассказать о непрофессионалам. Если вам интересно и хотите углубиться в дальнейшее чтение теории, вы можете прочитать всю статью Маккаллоха, где обсуждаете его теорию. Дело здесь в том, что, если подтвердится эффект и излучение Унру, он предлагает совершенно правдоподобное объяснение, казалось бы, ранее невозможных наблюдений за движением ЭМ двигателя. Это потребует дальнейших исследований и экспериментов, а также даст двигательной системе еще больший импульс для тестирования.
А если заработает?
Легко видеть, как в научном сообществе настороженно относятся к ЭМ двигателю. Но, с другой стороны, богатство исследований вызывает несколько вопросов: почему существует такой интерес к технологии, и почему так много людей хотят ее протестировать? В чем конкретно утверждается стремление сделать такую привлекательную идею? Несмотря на то, что все, начиная с атмосферных контрольных спутников, до более безопасных и более эффективных автомобилей, были задействованы как потенциальные приложения для привода, реальная привлекательность технологии и импульс ее создания в первую очередь - это последствия для космических путешествий.
Космический аппарат, оснащенный ЭМ приводом, мог бы попасть на Луну всего за несколько часов, на Марс через два-три месяца, а на Плутон в течение двух лет. Это чрезвычайно смелые заявления, но если ЭМ двигатель окажется законной технологией, они могут быть не такими уж странными. И без необходимости упаковывать несколько тонн топлива, космический корабль становится дешевле и намного легче. Тем не менее, для того, чтобы стать реальностью, наука должна складываться.
Шовайер непреклонен, что нет необходимости в лженауке или квантовых теориях, чтобы объяснить, как работает ЭМ привод. Вместо этого он считает, что текущие модели физики Ньютона предлагают объяснение, и он написал документы по этому вопросу, один из которых в настоящее время рассматривается экспертами. Хотя в прошлом Шовайера критиковали другие ученые за неправильную и непоследовательную науку, четкое научное объяснени может начать легитимировать ЭМ двигатель и стимулировать больше испытаний и исследований.
Несмотря на его настойчивость в том, что диск ведет себя в рамках законов физики, он не помешал ему сделать смелые утверждения относительно ЭМ привода. Шовайер заявил, что новый диск создал пузыри для варпа, которые позволяют приводу двигаться, утверждая, что именно так результаты теста были достигнуты. Такие утверждения заслуживают большого интереса, но не имеют четких вспомогательных данных и требуют тщательного тестирования и обсуждения, чтобы серьезно отнестись к утверждениям Шовайера. Будем надеяться, что будут проведены тесты привода, помогающие выяснить, как это работает.
Очевидно, работающий ЭМ двигатель может открыть захватывающие возможности, как для космического, так и для наземного путешествия - не говоря уже о том, чтобы поставить под сомнение наше понимание физики.
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 « 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.
