Содержание
Ученые только что опубликовали статью, в которой говорится, что спорный EmDrive создает тягу, хотя это противоречит известным законам физики.
После многих лет спекуляций исследовательская группа maverick в Космическом центре Джонсона НАСА достигла рубежа, который многие эксперты считали невозможным. На этой неделе команда официально опубликовала свои экспериментальные доказательства электромагнитной двигательной установки, которая могла бы приводить космический корабль в движение через пустоту — без использования какого-либо топлива.
По словам команды, электромагнитный привод, или EmDrive, преобразует электричество в тягу, просто отражаясь от микроволн в замкнутой полости. Теоретически такой легкий двигатель мог бы в один прекрасный день отправить космический корабль на Марс всего за 70 дней. (Узнайте, почему Илон Маск считает, что к 2060-м годам на Марсе сможет жить миллион человек.)
Давняя загвоздка в том, что EmDrive, по-видимому, бросает вызов законам классической физики, поэтому, даже если он делает то, что утверждает команда, ученые все еще не уверены, как эта штука на самом деле работает. Предыдущие сообщения о двигателе были встречены с большой долей скептицизма, и многие физики отнесли EmDrive к миру псевдонауки.
Однако теперь последнее исследование прошло уровень тщательного изучения независимыми учеными, который позволяет предположить, что EmDrive действительно работает. Является ли это началом революции в космических путешествиях — или просто очередным фальстартом для «невозможного» двигателя космического корабля?
Что такое EmDrive?
Впервые предложенное почти 20 лет назад британским ученым Роджером Шоуэром, это воплощение EmDrive было разработано и протестировано инженерами Исследовательской лаборатории НАСА по продвинутой физике движения, неофициально известной как Eagleworks.
Проще говоря, EmDrive Eagleworks генерирует тягу, отражаясь от электромагнитной энергии (в данном случае микроволновых фотонов) в закрытой конусообразной камере. Когда эти фотоны сталкиваются со стенками камеры, они каким-то образом продвигают устройство вперед, несмотря на то, что из камеры ничего не выходит. Напротив, ионные двигатели, используемые в настоящее время на некоторых космических аппаратах НАСА, создают тягу за счет ионизации топлива, часто ксенонового газа, и выброса пучков заряженных атомов.
Что это означает, если EmDrive выдержит дальнейшее изучение, так это то, что будущие транспортные средства смогут мчаться в космосе без необходимости перевозить буквально тонны топлива. В космических путешествиях пребывание налегке имеет решающее значение для быстрых и экономичных путешествий на большие расстояния.
Почему этот двигатель нарушает законы физики?
Еще в 1687 году сэр Исаак Ньютон опубликовал три закона движения, которые легли в основу классической механики. За прошедшие три столетия эти законы проверялись и проверялись снова и снова. (Также смотрите «Заново открыт потерянный рецепт алхимии Исаака Ньютона».)
Проблема в том, что EmDrive нарушает третий закон Ньютона, который гласит, что на каждое действие существует равная и противоположная реакция. Этот принцип объясняет, например, почему каноэ скользит вперед, когда кто-то гребет. Сила, приложенная при движении весла по воде, толкает каноэ в противоположном направлении. Именно поэтому реактивные двигатели создают тягу: когда двигатель выталкивает горячие газы назад, самолет движется вперед.
Странно, но EmDrive вообще ничего не вытесняет, и это не имеет смысла в свете третьего закона Ньютона или другого принципа классической механики — сохранения импульса. Если EmDrive движется вперед, не выбрасывая ничего сзади, то нет никакой противодействующей силы, которая могла бы объяснить толчок. Это немного похоже на утверждение, что человек, находящийся в автомобиле, может двигать его вперед, многократно ударяя по рулевому колесу, или что экипаж космического корабля может доставить корабль к месту назначения, просто нажимая на стены.
Кто-нибудь пытался проверить это раньше?
В 2014 году группа Eagleworks подняла волну, когда объявила о результатах ранних тестов, свидетельствующих о том, что двигатель EM действительно работал. С тех пор группа тестировала EmDrive во все более жестких условиях, включая последние эксперименты.
Другие группы также разработали и протестировали различные воплощения EmDrive. В дополнение к экспериментам, проводимым американскими, европейскими и китайскими учеными, существует сообщество самодельных эмдрайверов, которые заняты созданием и тестированием своих собственных невозможных физических движков. Но никто не смог окончательно сказать, что такой привод сработал так, как описано. (Давайте будем реалистами: физикам не нравятся кажущиеся чудесными изобретения.)
Так что же изменилось сейчас?
Теперь команда НАСА, стоящая за EmDrive, опубликовала результаты своих экспериментов в рецензируемом журнале. Хотя экспертная оценка не гарантирует достоверности выводов или наблюдений, она указывает на то, что по крайней мере несколько независимых ученых просмотрели экспериментальную установку, результаты и интерпретацию и сочли все это разумным.
В этой статье команда описывает, как они тестировали EmDrive в почти вакууме, аналогично тому, с чем он столкнулся бы в космосе. Ученые поместили двигатель на устройство, называемое торсионным маятником, запустили его и определили, какую тягу он генерирует, исходя из того, насколько сильно он двигался. Оказывается, по оценкам авторов, EmDrive способен производить 1,2 миллиньютона на киловатт энергии.
Это не так много тяги по сравнению с более традиционными двигателями, но это далеко не незначительно, учитывая полностью безтопливную установку. И чтобы представить это в перспективе, световые паруса и другие связанные с ними технологии, которые приводятся в движение толчком фотонов, генерируют лишь часть этой тяги, от 3,33 до 6,67 микрон на киловатт.
До сих пор одним из основных критических замечаний в отношении EmDrive было то, что он нагревался во время активации, что, по мнению некоторых ученых, могло нагревать окружающий воздух и генерировать тягу. Тестирование устройства в вакууме разрешило некоторые из этих критических замечаний, хотя все еще есть множество предостережений, которые необходимо устранить.
ЛАДНО. Как это возможно?
Перво-наперво: до сих пор неясно, действительно ли EmDrive генерирует тягу, утверждение, которое потребует дальнейшей проверки. Но люди уже обсуждают идеи о том, как может работать привод.
Команда Eagleworks, которая тестировала EmDrive, считает, что микроволновые фотоны сталкиваются с «квантовой вакуумной виртуальной плазмой» или бурлящим морем частиц, которые возникают и исчезают на квантовом уровне. Проблема в том, что нет никаких доказательств того, что виртуальная плазма квантового вакуума вообще существует, говорит физик из Калифорнийского технологического института Шон Кэрролл. Квантовые вакуумы существуют, говорит он, но они не генерируют плазму, доступную для воздействия.
В своей статье команда Eagleworks использует идею, называемую теорией пилотных волн, для описания того, как квантовый вакуум может быть использован для создания тяги, отмечая при этом, что такие интерпретации «не являются доминирующим взглядом на физику сегодня».
Майк Маккалох, физик из Плимутского университета, утверждает, что EmDrive является доказательством новой теории инерции, которая включает в себя нечто, называемое излучением Унру, своего рода тепло, испытываемое ускоряющимися объектами. По его словам, поскольку широкие и узкие концы конуса EmDrive допускают разные длины волн излучения Унру, инерция фотонов внутри полости должна изменяться по мере того, как они отскакивают назад и вперед, что должно создавать тягу, чтобы сохранить импульс.
Но модель Маккалоха предполагает, что излучение Унру реально — оно не было экспериментально подтверждено, — а также предполагает, что скорость света изменяется в полости EmDrive, что нарушает специальную теорию относительности Эйнштейна, согласно физику Технологического института Рочестера Брайану Коберлейну.
Также возможно, что часть энергии, генерируемой при ускорении тела, накапливается внутри самого тела, проще говоря, очень, очень просто — здесь также задействованы гравитационные взаимодействия и временные колебания инерционной массы. Это может объяснить, как корабль движется в пространстве, не нарушая сохранения импульса, говорит физик Джим Вудворд, который в 1990 году предложил так называемую теорию эффекта Маха.
Может ли это все еще быть чушью?
Несомненно. Существует долгая история открытий, которые, казалось бы, бросают вызов законам физики (нейтрино быстрее света, кто-нибудь?) в конечном счете было доказано, что они стали жертвами ошибочных экспериментов.
В этой статье авторы выявляют и обсуждают девять потенциальных источников экспериментальных ошибок, включая случайные воздушные потоки, утечку электромагнитного излучения и магнитные взаимодействия. Не все из них можно полностью исключить, и определенно необходимы дополнительные эксперименты… возможно, в следующий раз в космосе.
https://www.nationalgeographic.com/science/article/nasa-impossible-emdrive-physics-peer-review-space-science
Загрузка...
