Невозможный двигатель EmDrive, эффект Унру, фотоны и инерция: попытка объяснить непонятное
Английский учёный из Плимутского университета Майк Макалох [Mike McCulloch] в своей работе попытался дать объяснение принципу действия «невозможного» двигателя EmDrive, который вот уже несколько лет ставит в тупик специалистов. Для этого учёному пришлось дать объяснение такому фундаментальному понятию физики, как инерция.
Двигатель EmDrive придумал в начале 2000-х британский инженер Роджер Шойер. Он представил общественности свою идею о двигателе, по сути состоящем из металлического усечённого конуса и магнетрона. По его расчётам, отражающиеся внутри конструкции электромагнитные волны должны создавать тягу без всяких реактивных компонентов.
Естественно, он был поднят на смех, поскольку закон сохранения импульса не позволяет создавать подобные устройства. Но, начиная с 2008 года и опыта китайских учёных, а затем – нескольких инженеров-энтузиастов, и заканчивая опытами уважаемых инженеров из НАСА, накапливается всё больше подтверждений тому, что этот странный двигатель всё-таки работает.
Пока что научный мир не спешит с выводами – как не считается безусловно подтверждённым факт работоспособности двигателя, так и нет общепризнанных объяснений этого факта. Макалох предлагает использовать для этого такой экзотический эффект, как излучение Унру.
Со школы известно, что у всех объектов, обладающих массой, присутствует такое свойство, как инерция. Массу даже называют мерой инерции – это способность тел сопротивляться попыткам изменить их скорость или направление движения. Или, иначе говоря, свойство тел оставаться в некоторых системах отсчёта в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения в отсутствии или при взаимной компенсации внешних воздействий.
Но почему она возникает? На этот вопрос ответа пока нет. Макалох напомнил об эффекте Унру, названном в честь Билла Унру из Университета Британской Колумбии, открывшего его в 1976 году.
Унру показал, что понятие о вакууме зависит от того, как наблюдатель движется сквозь пространство-время. Если вокруг неподвижного наблюдателя находится только вакуум, то ускоряющийся наблюдатель увидит вокруг себя много частиц, находящихся в термодинамическом равновесии, то есть тёплый газ. Так, температура вакуума в системе отсчёта частицы, двигающейся со стандартным земным ускорением свободного падения 9,81 м/с², по расчётам будет равна 4 * 10−20 К.
По сути, после открытия Унру можно говорить о вакууме только относительно какого-то объекта. Если наблюдатель двигается с ускорением, он наблюдает вокруг себя тепловое излучение, а точнее – излучение чёрного тела. А Макалох считает, что инерция – это и есть давление этого излучения на ускоряющееся тело.
По его расчётам, при очень малых ускорениях длина волны излучения Унру получается столь большой, что превышает размеры наблюдаемой Вселенной. Поэтому инерция не увеличивается непрерывно, а квантуется. Удивительно, но эта странная теория оченьхорошо объясняет другой непонятный эффект — пролётные аномалии.
Пролётная аномалия — это неожиданное увеличение энергии во время гравитационных манёвров космических аппаратов около Земли. Эта аномалия наблюдалась как доплеровский уход частоты в S-диапазоне и X-диапазоне и дальней телеметрии. Всё это вместе вызывало значительное нерасчётное увеличение скорости до 13 мм/с во время облётов.
Эта аномалия наблюдалась в 1990-м году при пролёте космического аппарата Галилео, созданного для исследования Юпитера и его спутников (увеличение скорости на 4 мм/с); в 1998-м году — космического аппарата NEAR Shoemaker, отправленного в 1996 году к астероиду Эрос (увеличение скорости на 13 мм/с); в 1999-м – Кассини (на 0,11 мм/с); в 2005-м году – Розетта (на 2 мм/с).
Макалох думает, что эти внезапные скачки происходили именно тогда, когда ускорение увеличивалось, и длина волны излучения Унру становилась достаточно маленькой – в этот момент космические аппараты испытывали скачок скорости. Сходным образом работает эффект Казимира.
Дальше объяснения Макалоха становятся ещё интересней: он предполагает наличие у фотонов инертной массы. А поскольку фотоны испытывают отражение внутри корпуса EmDrive, они испытывают и инерцию. Только длины волн излучения Унру в этом случае будут крайне малы. Настолько малы, что могут поместиться в коническом корпусе двигателя.
И если получается так, что в широкой части конуса помещаются волны Унру, которые не помещаются в узкой его части, то инерция фотонов, отражающихся во все стороны, должна меняться. И для сохранения импульса система должна создавать тягу. Макалох провёл вычисления, и выяснил, что его теория согласуется с величинами тяги, полученными в экспериментах (по крайней мере, по порядку величин).
Самое интересное, что его выкладки можно проверить в очередном эксперименте с EmDrive. Если он прав, то, во-первых, размещение диэлектрика внутри полости двигателя должно увеличить силу тяги. Во-вторых, изменение частоты фотонов или геометрии двигателя должно менять тягу, вплоть до изменения направления.
Если эта теория кажется несколько смелой, хотя бы из-за содержащихся в ней необычных предположений – то ведь всё равно других приемлемых теорий, объясняющих работу EmDrive, пока не существует. Кто знает, может быть работу необычного двигателя можно объяснить только необычной теорией?