Засосало в пустышку

В сеть утекли вызвавшие ажиотаж черновики статьи НАСА, в которой подтверждается работоспособность спорного двигателя EmDrive, якобы не нуждающегося в топливе. Согласно выводам специалистов из лаборатории Eagleworks, двигатель развивает тягу в 1,2 миллиньютона на киловатт. И работает он, вероятно, на энергии вакуума. Стоит ли этому верить?

Энтузиаст удивительного двигателя Фил Уилсон (Phil Wilson) опубликовал под ником The Traveller об этом пост на форуме сайта НАСА Spaceflight, однако модераторы его удалили, объяснив, что статья должна быть опубликована Американским институтом аэронавтики и астронавтики официально в декабре 2016 года. Однако сайт Next Big Future обеспечил свободный доступ к документам и содержащимся в них схемах, окончательно сделав статью достоянием общественности.

Специалисты НАСА сообщают об успешном повторении эксперимента, проведенного британским инженером Роджером Шойером в 2006 году. Ему удалось создать вращающийся двигатель, который не производит никаких выбросов, и показать, что устройство подчиняется законам механики Ньютона. По словам разработчика, устройство конвертирует электричество в микроволны, их энергия накапливается в резонаторе, и в результате возникает небольшая тяга. С тех пор ученые бьются над загадкой EmDrive: работает ли он, и если да, то почему? Ведь согласно закону сохранения импульса, тяга возникает за счет реактивной струи. Иными словами, чтобы объект двинулся вперед, надо, чтобы от него что-то отскочило в обратном направлении.

Когда журнал New Scientist впервые опубликовал статью об EmDrive, в редакцию посыпались гневные письма. «Импульс, согласно одному из четырех базовых принципов, сохраняется, и он не может быть вновь создан или уничтожен. Двигатель нарушает это правило. В традиционных ракетах тяга достигается в соответствии с правилом, поскольку импульсы корабля и выхлопной струи, двигающиеся в противоположных направлениях, компенсируют друг друга», — указал изданию один из читателей.

Однако те, кто пытается разобраться в принципах работы двигателя, считают, что в нем закон сохранения импульса сохраняется, просто объяснить, как это получается, довольно сложно. Так, Майкл Маккалош из Плимутского университета (Великобритания) допускает существование фотонов, обладающих массой, а также изменение скорости света внутри устройства. Другая гипотеза говорит о гашении микроволн, в результате чего рождаются пары фотонов, переносящих импульс. Подобное может происходить только в конусовидных полостях. Однако эти предположения выходят за рамки современных представлений о физике и вряд ли смогут убедить других специалистов.

Эксперименты с EmDrive, проведенные в июне 2015 года Мартином Таймаром из Германии, не подтвердили и не опровергли работоспособность силовой установки. Однако в статье НАСА утверждается, что инженеры добились положительного результата.

В исследовании использовался крутильный маятник — алюминиевая конструкция, установленная на скользком столе в вакуумной камере. Такое устройство способно измерять даже очень слабую тягу. На одном плече маятника был EmDrive, и он в результате серии тестов при 40, 60 и 80 ватт показал силу в 1,2 миллиньютона на киловатт в вакууме. Проверки не выявили никаких неучтенных источников движения, однако специалисты признали необходимость дополнительных исследований, чтобы исключить искажения со стороны такого фактора, как тепловое расширение.

Чтобы объяснить полученные результаты, авторы статьи обратились к почти забытой теории волны-пилота. Эта теория пытается объяснить с точки зрения классической физики такие понятия, как коллапс волновой функции и парадокс кота Шредингера. Иными словами, вся неопределенность возникает из-за того, что наблюдателю неизвестны положение и импульсы частиц. Классического объяснения удостоились и постоянная Планка, и эффект Казимира, а также основное состояние водорода и многое другое.

Современная физика приняла на вооружение копенгагенскую интерпретацию квантовой механики, утверждающую, что неопределенность не зависит от наблюдателя. Однако физики Коудер и Форт еще в 2006-м показали, что капли воды могут вести себя подобно квантовым объектам. Так, капля, непрерывно отскакивающая от тонкого слоя жидкости при определенной частоте и двигающаяся в случайном направлении, создает узор из концентрических волн, сопровождающий каплю по всему ее пути. С помощью подобной системы удалось воспроизвести эксперимент с двумя щелями, туннелирование и другие квантовые феномены.

Возможно, квантовые флуктуации (виртуальные частицы) являются волнами, которые «следуют» за реальными частицами. Из этого, например, следует, что семь энергетических уровней атома водорода могут рассматриваться в качестве волн в квантовом вакууме. Ученые в статье приходят к выводу, что квантовый вакуум — среда, поддерживающая акустические осцилляции, а составляющие любой такой среды способны обмениваться импульсом. Значит, над вакуумом можно совершать работу и извлекать ее из него, что и делает двигатель.

Нужно заметить, что сама Eagleworks (также известная как Advanced Propulsion Physics Laboratory), где проводили исследования, — это маленькая научная группа, изучающая различные сомнительные теории, чтобы найти способы разработать новые двигатели для космических аппаратов. Вполне возможно, что статья, прошедшая рецензентов, будет серьезно отличаться от той версии, что доступна сейчас, и выводы сформулируют аккуратнее. В любом случае нужно ждать дальнейшие исследования и эксперименты других научных групп, поскольку статья НАСА сама по себе еще не дает никаких ответов.

Александр Еникеев