[Из песочницы] Любопытная связь между пролётной аномалией и «невозможным» двигателем EmDrive
Сегодня с утра Google Alert принёс ссылку на статью «The Curious Link Between the Fly-By Anomaly and the «Impossible» EmDrive Thruster», которая показалась мне небезынтересной. Сделал перевод, приятного чтения!
Теория, которая объясняет загадочную пролётную аномалию, также может объяснить и то, как противоречивый EmDrive производит тягу.
Больше 10 лет назад, малоизвестный авиационный инженер по имени Роджер Шоер (Roger Shawyer) сделал удивительное заявление. Возьмите усечённый конус, сказал он, запустите внутрь микроволны, отражающиеся вперёд и назад, и в результате получите тягу по направлению к острому концу конуса. Вуаля! Готов революционный двигатель, способный отправить космический корабль к планетам и дальше. Шоер назвал его EmDrive.
Заявление Шоера было крайне спорно. Система преобразует один тип энергии в кинетическую, как и многие другие, и в этом отношении не представляет собой ничего особенного. Принципиальная проблема возникает с импульсом. Полный импульс системы увеличивается, когда она начинает движение. Но откуда берётся этот дополнительный импульс?
Шоер не предложил никаких объяснений и критики отметили, что имеет место очевидное нарушение закона сохранения импульса. Шоер противопоставил им результаты экспериментов, подтверждающие, что устройство работает как заявлено. Однако это не убедило противников. EmDrive, как говорили, это то же самое, что создавать тягу стоя в коробке и толкая стену. Иными словами — шарлатанство.
С тех пор произошло кое-что интересное. Разные коллективы по всему миру начали строить свои версии EmDrive и проверять его возможности. Ко всеобщему удивлению, эффект Шоера воспроизводился. Похоже, EmDrive на самом деле производит тягу. В 2012 китайский коллектив заявил, что они измерили тягу свой версии EmDrive. В 2014 американский учёный построил EmDrive и убедил NASA проверить его, с положительными результатами. В этом году NASA провело новые испытания в вакууме, чтобы исключить влияние воздуха на возникновение силы. И снова NASA подтвердило, что EmDrive производит тягу. В итоге, шесть независимых экспериментов подтвердили первоначальные заявления Шоера.
Это приводит к важной загадке — как объяснить кажущееся нарушение закона сохранения импульса. Теперь мы получили кое-какой ответ, благодаря работе Майка Маккаллоха (Mike McCulloch) из университета Плимута, Великобритания. Объяснение Маккаллоха основано на новой теории инерции, делающей поразительные предсказания о движении тел с очень малыми ускорениями.
Сначала вводная информация. Инерция — это сопротивление всех массивных тел изменению их движения или ускорению. В современной физике инерция рассматривается как неотъемлемое свойство массивных тел под действием ускорения. Более того, сама масса тела может выступать как мера инерции. Однако причины существования инерции ставили учёных в тупик столетиями.
Идея Маккаллоха в том, что инерция возникает в следствие излучения Унру, эффекта предсказанного общей теорией относительности. Он заключается в том, что ускоряющийся объект излучает как чёрное тело. Другими словами, вселенная нагревается, когда вы ускоряетесь.
По Маккалоху, инерция это просто давление, которе излучение Унру оказывает на ускоряющееся тело.
Это сложно заметить в условиях ускорений, обычных для поверхности Земли. Однако при уменьшении величины ускорений и соответствующего увеличения длины волны излучения Унру всё становится интереснее.
Маккаллох говорит, что наблюдаются свидетельства в пользу этой теории, в виде знаменитых «пролётных аномалий». Это странные скачки в импульсе, наблюдаемые на некоторых космических аппаратах во время пролёта мимо Земли. И это именно то, что предсказывает теория.
Тщательная проверка этого эффекта на Земле затруднена из-за того, что задействованные ускорения очень малы. Одним из способов облегчит задачу было бы уменьшение допустимой длины волны излучения Унру. «Это как раз то, что возможно и делает EmDrive», говорит Маккаллох.
Идея в том, что если фотоны имеют инерциальную массу, они должны испытывать инерцию при отражении. Однако излучение Унру в этом случае крайне мало. Настолько, что фактически оно взаимодействует с непосредственным окружением. В случае EmDrive, это усечённый конус.
Конус допускает излучение Унру определённой длины с большого конца, и меньшей длины — с другого конца. Поэтому инерция фотонов внутри полости должна изменяться при отражениях. И для сохранения импульса, должна возникать тяга.
Маккаллох проверяет теорию, используя её для предсказания величины возникающей силы. Точные вычисления сложны из-за трёхмерной природы проблемы, но приблизительные результаты соответствуют порядку величин тяги, полученной во всех проведённых до сих пор экспериментах.
Что наиболее важно, теория Маккалоха делает два проверяемых предсказания. Первое в том, что помещение диэлектрика внутри полости должно увеличить эффективность двигателя.
Во вторых, изменение размеров полости может обратить направление тяги. Такое должно произойти когда излучение Унру будет лучше соответствовать острому концу конуса.
Маккаллох говорит, что существуют свидетельства, что именно это и происходит. «Это обращение тяги похоже наблюдалось в последних экспериментах NASA», говорит он.
Это интересная идея. EmDrive Шоера потенциально может революционизировать космические полёты, потому что он не требует топлива, самого ограничивающего фактора в сегодняшних двигательных системах. Но при отсутствии объяснений того, как он работает, учёные и инженеры по понятным причинам осторожны.
Теория Маккалоха может помочь изменить ситуацию, хотя идея и далеко не общепринятая. Она основывается на двух спорных предположениях. Во-первых, о том, что фотон имеет инерциальную массу. Во-вторых, скорость света должна изменяться внутри полости. Такое не так-то легко будет переварить многим теоретикам.
Но чем больше появляется экспериментальных подтверждений EmDrive Шоера, тем труднее становится позиция теоретиков. Если не объяснения Маккалоха, тогда что?
