Может ли «невозможный двигатель» работать на… темной материи?

12 Декабря 2016 в 10:30, Илья Хель 11 707 просмотров 18

На каждое действие есть равное и противоположное действие. У этой формулировки третьего закона Ньютона есть два очень важных следствия: во-первых, существует физическая величина, которая всегда сохраняется во Вселенной (импульс), а во-вторых, законы физики одинаковы независимо от вашего положения в пространстве. Казалось бы, всего несколько слов, а на самом деле они колоссальны, потому что если вы хотите заставить, например, устройство изменить движение, вам нужно его чем-нибудь толкнуть.

Это может быть выхлоп ракеты, шины против дороги, колеса поезда на рельсах или даже фотоны, отраженные от паруса. Единственное, что запрещено, это так называемый инерцоид, движение без реакции: действие без противодействия. Именно это представляет собой EMDrive — «невозможный» космический двигатель, который недавно прошел испытания NASA — по заявлениям. Если он действительно работает как заявлено, он нарушает законы физики. Но есть и возможная лазейка: возможно, реакция есть, просто мы ее не нашли. Возможно, противодействие имеет место, но связано с темной материей.


Согласно стандартной модели космологии, большая часть материи во Вселенной представлена не в форме атомов или других известных частиц. Нет, подавляющее большинство массы — с разницей в 5-к-1 — представлено темной материей. Темная материя не сталкивается, не аннигилирует и больше никак не взаимодействует с собой или с другой, обычной материей при любых известных обстоятельствах, за исключением гравитационного воздействия. Прошло 13,8 миллиарда лет, и она образовала гигантскую, диффузную космическую сеть гравитационных структур и огромные сферические гало свыше миллиона световых лет в диаметре, которые обрамляют галактики вроде нашей. Темная материя пронизывает каждый квадратный сантиметр нашей галактики, включая и каждый объект на Земле, даже наши тела, хоть и в небольших количествах.

При определенных условиях, впрочем, темную материю можно уговорить взаимодействовать с самой собой или с обычной материей, в зависимости от ее природы. Если темная материя состоит из вимпов (WIMP, слабо взаимодействующая массивная частица), то продукт ее аннигиляции можно было бы засечь детекторами. Если же она состоит из очень легких, маломассивных частиц аксионов, она может соединяться с фотонами при определенных условиях. Один из экспериментов, направленных на поиск аксионов, известен как ADMX: эксперимент аксионов темной материи. В 1983 году физик Пьер Сикиви изобрел аксионный галоскоп, используя тот факт, что аксион-фотонную пару можно усилить при определенных условиях внутри электромагнитной полости. Спустя двадцать лет из этого исследования вырос ADMX и с тех пор ученые ищут аксионы, используя этот метод.

На сегодняшний день, к сожалению, их поиски пока не увенчались успехом. Возможно, аксионов не существует, либо, если они не являются темной материей, возможно, они обладают иными параметрами, для которых ADMX недостаточно чувствителен. Вполне возможно, различные электромагнитные полости с разными свойствами могли бы активировать взаимодействия с аксионами. Возможно, фотон-аксионные взаимодействия могут происходить, а полость с нужными параметрами привела к рассеянию аксионов в предпочтительном направлении. Маловероятно, но вполне допустимо, что EMDrive и есть такая полость.

Как это работает? В каждый отдельно взятый момент времени частицы темной материи проходят через все области пространства, не стесняясь присутствия материи или других частиц Стандартной модели. В электромагнитной полости фотоны определенной частоты скачут во всех направлениях, сохраняя импульс и не создавая тяги. Но если фотоны движутся в определенном направлении — например, в заднюю часть полости — они могут сталкиваться с частицами темной материи и будет вот что:

  • Фотон меняет импульс и движется «чуть меньше назад» и «чуть больше вперед», чем было до столкновения с частицей темной материи.
  • Фотон сталкивается со стенкой полости, отражается от нее и передает импульс в направлении вперед для самой полости.
  • Частица темной материи получает импульс как раз в противоположном направлении: назад.
  • Импульс сохраняется, потому что темная материя уносит его прочь, равный и противоположный по величине тому, что поглощает полость.

Если происходит именно это, то это настоящий прорыв. Поскольку темная материя есть повсюду, нам понадобился бы только источник энергии — не топливо — чтобы путешествовать по всей галактике, потому что в любой точке пространства мы найдем достаточно темной материи. Это значит, что мы получим метод обнаружения темной материи, которая случайно сталкивается с нашими частицами, и подтвердим таким образом ее существование. И что самое главное, все это не нарушает законы физики, ведь импульс сохраняется.

Результаты испытаний EMDrive до сих пор не доказаны. Есть много потенциальных источников ошибок, и сами измерения указывают на большую неопределенность в том, сколько производится тяги. Пока непонятно, действительно ли существует тяга без реакции или же существует реакция, которую мы пока не нашли.

Да и объяснение с участием темной материи тоже будет сомнительным, поскольку требует много неизвестных. Но если EMDrive действительно работает, используя темную энергию, и тайна темной материи будет решена раз и навсегда самым неожиданным образом, это будет просто невероятно.

Может ли «невозможный двигатель» работать на… темной материи?

18 комментариев

  1. Хутор

    Как только не извернутся с этой темной субстанцией...

  2. Est

    Ну неужели так сложно провести максимально чистый эксперимент, что-бы уже наконец положить конец этим спорам ? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • amd212

      Est, Условно микроньютоны на сотне килограмм веса. Это как давление стрелки компаса при повороте измерить

  3. dossvd

    А если увеличить давление в 10 тыс раз, фотонов станет больше?

  4. Bebel

    На темной материи - нет,
    На темной энергии - да!

  5. soso

    Дебилы с темной материей вместо мозгов мозговито разводят лохов на бабло.

    • Backtrace

      soso, Вот жалко, что у этого ресурса нет рейтинговой системы, чтобы можно было заминусить вот такого школьника, как ты и больше не видеть его тупорылые комментарии.

  6. Vladimir8

    Из всех объяснений почему он мог бы работать это хоть как то объясняет нарушение закона импульса. Якобы существует невидимая треттся сила которая этот импульс меняет. Но есть большая нестыковка. Как мы знаем тёмная материя не реагирует с барионной материей (с привычными протоно-нейтроно-электронами). Единственное как она себя проявляет это через гравитацию, что опять якобы объясняет расширение вселенной и то оно необычайно слабое. Просто насколько я помню из физики фотоны безмассовые частицы, тогда вопрос как они через гравитацию могут взаимодействовать с тёмной материей?

    • Spiridonov

      Vladimir8, Во-первых, вы путаете темную материю с темной энергией. Темная материя ответственна не за расширение вселенной, а за сжатие, а во-вторых фотоны подвержены гравитационному взаимодействию, что наблюдается астрономами в виде гравитационного линзирования

      • deaddreams

        Spiridonov, гравитация не влияет непосредственно на фотоны. Гравитация искривляет пространство в котором движутся фотоны из-за чего и получается эффект линзы. Сами же фотоны так и продолжают перемещаться по самому короткому пути между двумя точками, (что с гравитацией, что без гравитации) . Вся разница лишь в том, что без гравитации пространство плоское и кратчайший путь между двумя точками -прямая, а с гравитацией - кривая.

        • Aldo

          deaddreams, А это никто точно не скажет. Массы покоя разумеется нет и с одной стороны, да, двигается по пространству, но там вроде как штука в том, что так как фотон обладает энергией и импульсом то должен по идее притягиваться гравитационно. Тут как посмотреть. Читал когда-то, что по формулам вроде бы фотон сам должен обладать притяжением, только очень слабым. Неясно ничего) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

        • amd212

          deaddreams, Пространство невозможно исказить. Оно никак не взаимодействует с гравитацией. Отклоняются именно фотоны. У них чудовищная скорость и масса hf/c (f частота, h постоянная планка)

          • Aldo

            amd212, По теории относительности фотоны движутся по прямой и не отклоняются, а вот пространство искажается. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

            • amd212

              Aldo, Там это так написано?
              Мне кажется нельзя путать реальность и математический аппарат использованный для его описания. Если физик переходит к полярным координатам, к параметрическим функциям раскладывает сигнал в ряд фурье или использует конформное отображение это не значит что и реальный мир таков.

              • Aldo

                amd212, Ну вроде как так и написано, да, описываются же геодезические линии для тел и всё такое, специально чтобы объяснить то, что тело движется на самом деле по прямой, но из-за гравитационного искривления пространства кажется, что нет. В этом то и суть и отличие ТО от других теорий гравитации. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  7. Victor Zubkov

    По-моему, принцип работы двигателя, если он, конечно, работает, прекрасно объяснен его изобретателем Робером Шоером ( Roger Shawyer ) в публикации на YouTube (Roger Shawyer Explaining The Basic Science behind #EmDrive ). В основе работы двигателя, насколько я понимаю, лежит независимость скоростей микроволн, распространяющихся в резонаторе, от скорости резонатора, что, соответствует второму постулату, лежащему в основе теории относительности. В соответствии с упомянутым постулатом скорости распространения света или других электромагнитных волн, грубо говоря, не зависят от скорости источника излучения. В данном случае, в волноводе и резонаторе (металлический корпус двигателя можно считать волноводом и резонатором) скорости электромагнитных волн или микроволн могут зависеть от размеров и формы резонатора, но НЕ ЗАВИСЯТ от скорости резонатора (момент времени 3.13 упомянутого видео, рисунок «Independence of velocities» ). Согласно теории относительности электромагнитные волны обладают энергией и массой как эквивалентом энергии и могут создавать давление. Это должны проходить в школе. Электромагнитные волны, распространяющиеся внутри резонатора навстречу друг другу с разными (вследствие конусообразной формы резонатора) т. н. групповыми (или просто «реальными») скоростями, НЕ ЗАВИСЯЩИМИ от скорости резонатора, создают некоторую результирующую силу, толкающую резонатор. Под действием упомянутой результирующей силы резонатор ускоряется, в процессе ускорения формируется импульс. Примерно так ускоряется падающий камень. Думаю, что работа двигателя, если он, конечно, работает, является прекрасным подтверждением как второго постулата, лежащего в основе теории относительности, так и самой теории относительности.

  8. Victor Zubkov

    Кстати, изображение «Conservation of the momentum» видео на youtube «Roger Shawyer Explaining The Basic Science behind #EmDrive», ( https://www.youtube.com/watch?v=wBtk6xWDrwY , примерно в момент времени 9.59 ), по-моему, прекрасно иллюстрирует справедливость закона сохранения импульса и третьего закона Ньютона, а также наличие «обратной реакции» в двигателе Emdrive. Микроволны, распространяющиеся навстречу друг другу с различными вследствие конической формы резонатора (корпуса двигателя) реальными скоростями, не зависящими от скорости резонатора, обладают некоторым импульсом и могут создавать некоторую силу тяги. Общий импульс микроволн направлен от узкой стенки резонатора к широкой. Направление общего импульса микроволн показано на упомянутом изображении упомянутого видео стрелкой “thrust” (иногда стрелкой “thrust” показывают противоположное направление). Полезно напомнить, что независимость скоростей микроволн от скорости резонатора аналогична второму постулату, лежащему в основе теории относительности. Общий импульс микроволн, распространяющихся в резонаторе с независимыми от скорости резонатора реальными скоростями, не может ускорять резонатор в направлении, совпадающим с направлением указанного импульса микроволн (показанного на упомянутом изображении упомянутого видео стрелкой “thrust”), т. к. ускорение резонатора в указанном направлении противоречило бы закону сохранения импульса. Чтобы закон сохранения импульса в двигателе Emdrive выполнялся, необходимо, чтобы резонатор ускорялся в направлении, противоположном направлению общего импульса микроволн, распространяющихся в резонаторе. Ускорение резонатора в направлении, противоположном направлению общего импульса микроволн, обеспечивает выполнение закона сохранения импульса, третьего закона Ньютона и наличие «обратной реакции». Таким образом, работа двигателя Emdrive аналогична работе реактивного двигателя с микроволнами, используемыми в качестве рабочего вещества. Основное преимущество двигателя Emdrive перед известными фотонными двигателями заключается в том, что микроволны не излучаются наружу, а суммируются внутри резонатора вследствие многократных отражений в резонаторе, что обеспечивает силу тяги, достаточную для многих применений.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.