Любая теория справедлива в том случае, если ее следствия подтверждаются на опыте. Так было со многими известными теориями, в том числе с теорией ОТО Эйнштейна. Она была своевременным и необходимым этапом в физике и подтверждена многочисленными экспериментами. Существенным ее элементом было представление гравитации как искривление пространства, которое может быть описано различными метриками (геометрией пространства). Согласно искривлению пространства звездами, галактиками лучи света отклоняются гравитацией. Астрономические наблюдения блестяще подтвердили эту геометрическую концепцию. Искусственность ОТО до сих пор вызывает сомнение, неудовлетворенность у части физиков. Необходимо найти физическое обоснование наблюдаемым явлениям и вообще природе гравитации. Автором была высказана гипотеза о природе гравитации . Она основана на исследовании электрической компоненты структуры вакуума и в дальнейшем дополнена компонентой магнитного континуума. В таком виде физический вакуум представляет собой среду распространения электромагнитных волн (ЭМВ); рождения вещества при внесении в нее необходимой энергии; среду образования «разрешенных орбит» электронов в атомах, волновых свойств частиц и т.п.

Скорость света не является постоянной в космическом пространстве. Это составляет основное отличие теории вакуума теорий А. Эйнштейна . На основе астрономических наблюдений и теории структуры вакуума предлагается следующая формула для зависимости скорости света от ускорения силы тяжести:

(1)

α –1 = 137,0359895 – обратная величина постоянной тонкой структуры излучения;

r = 1,39876·10 –15 м – дипольное расстояние электрической компоненты структуры вакуума;

g [м/с 2 ] – локальное ускорение силы тяжести;

E σ = 0,77440463 [a –1 m 3 c –3 ] – удельная электрическая поляризация вакуума;

S = 6,25450914·10 43 [a ·s ·m –4 ] – деформационная поляризация вакуума.

Зная скорость света, измеренную в условиях Земли как 2,99792458(000000)·10 8 м/с, определим скорость по формуле (1) в открытом космосе с 0 = 2,997924580114694·10 8 м/с. Она мало отличается от земной скорости света и определяется с точностью до 9 знака после запятой. При дальнейшем уточнении земной скорости света произойдет изменение указанной величины для открытого космоса. Из волновой теории света Френеля и Гюйгенса известно, что коэффициент преломления при переходе из среды со скоростью с 0 в среду со скоростью с е равен

В нашем случае угол падения луча к нормали поверхности Солнца равен i 0 =90°. Для оценки величины отклонения света Солнцем можно привести две модели распространения света.

1. Модель преломления света при переходе из «пустого» полупространства в полупространство с солнечным ускорением силы тяжести 273,4 м/с 2 . Естественно, эта простейшая модель даст заведомо неверный результат, а именно: согласно приведенному коэффициенту преломления угол определяется как

13,53" (угловых секунд).

2. Более точную модель необходимо рассчитывать дифференциально-интегральным способом, исходя из функции распространения луча, в поле нарастающего и спадающего по закону 1/R 2 гравитационного потенциала Солнца. Помощь пришла совершенно с неожиданной стороны – из сейсмологии. В сейсмологии решена задача определения хода луча упругих волн в Земле из источника (землетрясение, подземный атомный взрыв) на поверхности и его угла выхода вплоть до противоположной стороны Земли. Угол выхода и будет той искомой аналогией отклонения Солнцем луча от источника либо на сфере, включающей орбиту Земли, либо на большом удалении от Солнца. В сейсмологии есть простая формула для определения угла выхода сейсмической волны через постоянный параметр луча

p = [R 0 / V (R )] · cos(i ) = const , где:

R 0 – радиус Земли; V (R ) – функция скорости упругих волн в зависимости от расстояния (радиуса от центра Земли); i – угол выхода.

Преобразуем сейсмологическую формулу для космических расстояний и скорости света:

M s – масса Солнца. R – переменный радиус сферы, в центре которой находится Солнце, определяемый вдоль луча до источника света, проходящего в непосредственной близости от Солнца; 2,062648·10 5 – перевод радиан угла в секунды.

Возникает вопрос о константе в этой формуле. Он может быть разрешен на основании мировых фундаментальных констант, хорошо известных науке. Опытная величина угла отклонения составляет 1,75".

На основании этой величины определяем, что

const = Δt const (M x R 2 sun / M sun R x 2) / (π · 137,0359) 2 .

Число π и обратная величина постоянной тонкой структуры являются фундаментальным константами нашего современного мира. Число Δt const = 1[s ] необходимо для внесения размерности. Отношение (M x R 2 sun / M sun R x 2) – введено для всех возможных масс во Вселенной и их размеров так, как это принято в астрономии: приводить все массы и размеры к солнечным параметрам.

На рис. 1 приведена зависимость угла отклонения луча света Солнцем в зависимости от расстояния до его источника.

Рис. 1. Зависимость угла отклонения луча света Солнцем от расстояния до источника вдоль трассы, проходящей рядом с Солнцем

Получили полное соответствие с точными опытными данными. Любопытно, что при перемещении источника внутрь сферы, отвечающей траектории Земли, угол отклонения луча Солнцем уменьшается по графику рисунка. К предсказанию данной теории можно отнести то, что луч света от источника на поверхности Солнца или вблизи отклонится только на 1,25".

Решение Шварцшильда:

Здесь R g = 2MG / c 2 – радиус Шварцшильда или гравитационный радиус.

Отклонение луча света i = 4MG / c 2 R = 1,746085", где R – прицельное расстояние, равное в нашем случае радиусу Солнца.

Формула (1) дает: i = 1,746054". Разница только в 5-м знаке.

1. Полученные результаты свидетельствуют, по меньшей мере, о непротиворечивости предлагаемой концепции. Образование в космосе так называемых «гравитационных линз» также объясняются зависимостью скорости света от гравитации.
2. В ОТО и в теории вакуума имеются одинаковые экспериментальные подтверждения.
3. ОТО является скорее геометрической теорией, дополненной законом тяготения Ньютона.
4. Теория вакуума имеет в своей основе только физические соотношения, которые позволили открыть гравитацию в виде поляризации вакуума в присутствии масс, которые испытывают притяжение структурой вакуума по законам индукции Фарадея.
5. ОТО исчерпала себя в возможностях развития физики, теория вакуума открыла возможность исследования вакуума в качестве природной среды и открывает пути для прогресса физики и технологий, связанных со свойствами вакуума.

В заключение приношу глубокую признательность астрофизику П.А. Тараканову за очень полезное замечание относительно переменной массы в формуле для луча отклонения, где можно заменять массу Солнца любой другой известной науке массой.

Литература

1. Рыков А.В. Начала натурной физики // ОИФЗ РАН, 2001 г., с. 54.
2. Саваренский Е.Ф., Кирнос Д.П. Элементы сейсмологии и сейсмометрии // Гос. тех.-теор. Издат, М.: 1955, с. 543.
3. Clifford M.Will. The Confrontation between General Relativity and Experiment // Preprint of Physical Reviewer (arXiv: gr- qc/ 0103036 v1 12 Mar 2001).

Типичный пример заблуждения, созданного кинематографом ради зрелищности. Ну вы знаете, эти вылезающие из орбит глаза и раздувающееся тело, после чего человек лопается, как мыльный пузырь. Кровь и кишки во все стороны добавляются опционально, если позволяет возрастной рейтинг фильма. Попадание в открытый космос без специального скафандра действительно убивает, но не так зрелищно, как мы видим в фильмах.

На самом деле человек без защиты может пробыть в открытом космосе примерно 30 секунд, не получив при этом необратимых нарушений здоровья.

Это будет далеко не мгновенная смерть. Человек умрёт от удушья из-за отсутствия кислорода. Если хотите увидеть, как это происходит на самом деле, посмотрите «Космическую одиссею 2001 года» Стэнли Кубрика. Вот в этом фильме тема раскрыта вполне реалистично.

Когда речь заходит о космической колонизации, то кандидата на роль нового дома для человечества два: Марс либо Венера. Венеру называют сестрой Земли, но только из-за схожести этих планет по размеру, силе гравитации и составу.

Вряд ли нам понравится жить на планете с густыми плотными облаками из серной кислоты, отражающими весь солнечный свет. Атмосфера - почти чистый углекислый газ, атмосферное давление в 92 раза выше нашего, температура на поверхности равна 477 градусам по Цельсию. Не очень дружелюбная сестра.

Солнце горит

На самом деле оно не горит, а светится. Можно подумать, что особой разницы нет, но горение - это химическая реакция, а свет, испускаемый Солнцем, является результатом ядерных реакций.

Солнце жёлтое

Попросите ребёнка или даже взрослого нарисовать Солнце. Результатом обязательно будет жёлтый круг. И правда, можно посмотреть на Солнце собственными глазами - оно жёлтое.

На самом деле мы видим Солнце жёлтым из-за атмосферы Земли. Тут можно поспорить, указав на снимки Солнца из космоса, где оно тоже жёлтое. Действительно, только зачастую такие снимки предварительно обрабатывают, чтобы сделать нашу звезду узнаваемой.

Настоящий цвет Солнца - белый. И чтобы убедиться в этом, совсем не обязательно лететь в космос, достаточно лишь знать температуру. Более холодные звёзды светятся коричневым или тёмно-красным светом. С повышением температуры цвет смещается к красному. Самые горячие звёзды с температурой поверхности в 10 тысяч градусов по Кельвину излучают свет, близкий к противоположной границе спектра видимого света, и дают голубой цвет.

Наше Солнце с температурой поверхности 6 тысяч градусов по Кельвину находится примерно в середине спектра и даёт чистое белое свечение.

Летом Земля ближе к Солнцу

Кажется вполне логичным, что температура на поверхности Земли тем выше, чем ближе она к телу, дающему тепло, то есть к Солнцу. Но причина смены времён года кроется в том, что ось вращения Земли наклонена. Когда ось, выходящая из северного полушария, наклонена в сторону Солнца, в этом полушарии лето, и наоборот. Именно поэтому говорят, что в Австралии зима летом.

При этом не становится заблуждением мысль о том, что Земля периодически отдаляется от Солнца и приближается к нему. Орбита Земли эллиптическая, как и у большинства других планет. Среднее расстояние от Земли до Солнца считается равным 150 миллионам километров. Однако в момент наибольшего приближения планеты к звезде расстояние уменьшается до 147 миллионов километров, а при наибольшем удалении увеличивается до 152 миллионов километров. То есть Земля действительно бывает ближе и дальше от Солнца, но этот факт не влияет на времена года.

Тёмная сторона Луны

Луна действительно всегда обращена к Земле одной стороной, потому что её вращение вокруг собственной оси и вокруг Земли синхронизировано. Однако это не значит, что другая её сторона всегда в темноте. Вы наверняка видели лунные затмения. Угадайте, если сторона, всегда обращённая к нам, закрывает часть Солнца, то куда попадает в это время свет звезды?

Луна всегда обращена одной стороной к Земле, но не к Солнцу.

Звук в космосе

Ещё один миф кинематографа, который, к счастью, используют не все режиссёры. В той же «Одиссее» Кубрика и нашумевшем «Интерстелларе» всё правильно. Космос - безвоздушное пространство, то есть там звуковым волнам просто не через что распространяться. Но это не значит, что Земля - это единственное место, где можно слышать звуки. Везде, где есть какая-то атмосфера, будет и звук, но он покажется вам странным. Например, на Марсе звук будет выше.

Сквозь пояс астероидов нельзя пролететь

Привет «Звёздным войнам». Там мы видели пояс астероидов как очень плотное скопление, пройти сквозь которое под силу лишь таким крутым пилотам, как Хан Соло.

В реальности космос другой. Он больше. Гораздо больше. Несоизмеримо больше. И расстояние между объектами в поясе астероидов тоже гораздо больше. По факту, чтобы пролететь сквозь пояс и врезаться хоть в один астероид, нужно быть самым невезучим человеком во Вселенной.

Для примера можно обратиться к поясу астероидов в нашей системе. Самый большой объект в нём - Церера, карликовая планета - имеет диаметр всего 950 километров. Расстояние между двумя объектами в поясе колеблется в пределах сотен тысяч километров. На данный момент на исследование пояса было отправлено уже 11 зондов, и все они благополучно прошли его без каких-то инцидентов.

Великая Китайская стена видна из космоса

Миф появился ещё до того, как человек побывал в космосе. А ещё до первого полёта на Луну некто утверждал, что стену будет видно и с естественного спутника Земли. Ну что же, вот снимок даже не с Луны, а с довольно низкой орбиты. Найдите Великую Китайскую стену.

На космические технологии тратят четверть бюджета страны

Конечно, не у нас, а в США, но и это чушь. Да, расходы на космическую программу в Штатах выше, чем у любой другой страны, но ни о каких 25% речи не идёт. Вот ссылка на предлагаемый бюджет NASA на 2015 год. Это 0,5% федерального бюджета США. Наибольшие средства в отрасль вкладывались во время космической гонки в шестидесятые годы, но и тогда расходы достигали среднего уровня лишь в 1% от федерального бюджета. Рекорд составляет 4,41% в 1966 году, но то были очень специфические времена.

Мы надеемся, что данная подборка получилась интересной и познавательной. Предлагайте тематики следующих подборок в комментариях.

Со школьной скамьи нас учили — превысить скорость света невозможно, и поэтому перемещение человека в космическом пространстве является большой неразрешимой проблемой (как долететь до ближайшей солнечной системы, если свет сможет преодолеть это расстояние только за несколько тысяч лет?). Возможно, американские ученые нашли способ летать на сверхскоростях, не только не обманув, но и следуя фундаментальным законам Альберта Эйнштейна. Во всяком случае так утверждает автор проекта двигателя деформации пространства Гарольд Уайт.

Мы в редакции сочли новость совершенно фантастической, поэтому сегодня, в преддверии Дня космонавтики, публикуем репортаж Константина Какаеса для журнала Popular Science о феноменальном проекте NASA, в случае успеха которого человек сможет отправиться за пределы Солнечной системы.

В сентябре 2012 года несколько сотен ученых, инженеров и космических энтузиастов собрались вместе для второй публичной встречи группы под названием 100 Year Starship. Группой руководит бывший астронавт Май Джемисон, и основана она DARPA. Цель конференции — «сделать возможным путешествие человека за пределы Солнечной системы к другим звездам в течение ближайших ста лет». Большинство участников конференции признают, что подвижки в пилотируемом изучении космического пространства слишком незначительны. Несмотря на миллиарды долларов, затраченных в последние несколько кварталов, космические агентства могут почти столько же, сколько могли в 1960-х. Собственно, 100 Year Starship созвана, чтобы все это исправить.

Но ближе к делу. Спустя несколько дней конференции ее участники дошли до самых фантастических тем: регенерация органов, проблема организованной религии на борту корабля и так далее. Одна из наиболее любопытных презентаций на собрании 100 Year Starship называлась «Механика деформационного поля 102», и провел ее Гарольд «Сонни» Уайт из NASA. Ветеран агентства, Уайт руководит продвинутой импульсной программой в космическом центре Джонсона (JSC). Вместе с пятью коллегами он создал «Дорожную карту космических двигательных систем», которая озвучивает цели NASA в ближайших космических путешествиях. На плане перечисляются все виды двигательных проектов: от усовершенствованных химических ракет до далеко идущих разработок, вроде антиматерии или ядерных машин. Но область исследований Уайта самая футуристичная из всех: она касается двигателя деформации пространства.

так обычно изображают пузырь Алькубьерре

Согласно плану, такой двигатель обеспечит перемещения в пространстве со скоростью, превышающей скорость света. Общепризнанно, что это невозможно, поскольку является явным нарушением теории относительности Эйнштейна. Но Уайт утверждает обратное. В качестве подтверждения своих слов он апеллирует к так называемым пузырям Алькубьерре (уравнения, выходящие из теории Эйнштейна, согласно которым тело в космическом пространстве способно достигать сверхсветовых скоростей, в отличие от тела в нормальных условиях). В презентации он рассказал, как недавно сумел добиться теоретических результатов, которые напрямую ведут к созданию реального двигателя деформации пространства.

Понятно, что звучит это все совершенно фантастически: подобные разработки — это настоящая революция, которая развяжет руки всем астрофизикам мира. Вместо того, чтобы тратить 75 тысяч лет на путешествие к Альфа-Центавре, ближайшей к нашей звездной системе, астронавты на корабле с таким двигателем смогут совершить это путешествие за пару недель.

В свете закрытия программы запуска шаттлов и все возрастающей роли частных полетов к околоземной орбите NASA заявляет, что переориентируется на далекоидущие, намного более смелые планы, выходящие далеко за рамки путешествий на Луну. Достичь этих целей можно только с помощью развития новых двигательных систем — чем быстрее, тем лучше. Несколько дней спустя после конференции глава NASA Чарльз Болден, повторил слова Уайта: «Мы хотим перемещаться быстрее скорости света и без остановок на Марсе».

ОТКУДА МЫ ЗНАЕМ ПРО ЭТОТ ДВИГАТЕЛЬ

Первое популярное использование выражения «двигатель деформации пространства» датируется 1966 годом, когда Джен Родденберри выпустил «Звездный путь». Следующие 30 лет этот двигатель существовал только как часть этого фантастического сериала. Физик по имени Мигель Алькубьерре посмотрел один из эпизодов этого сериала как раз в тот момент, когда трудился над докторской в области общей теории относительности и задавался вопросом, возможно ли создание двигателя деформации пространства в реальности. В 1994 году он опубликовал документ, излагающий эту позицию.

Алькубьерре представил в космосе пузырь. В передней части пузыря время-пространство сокращается, а в задней — расширяется (как было при Большом взрыве, по мнению физиков). Деформация заставит корабль гладко скользить в космическом пространстве, как если бы он серфил на волне, несмотря на окружающий шум. В принципе деформированный пузырь может двигаться сколько угодно быстро; ограничения в скорости света, по теории Эйнштейна, распространяются только в контексте пространства-времени, но не в таких искажениях пространства-времени. Внутри пузыря, как предполагал Алькубьерре, пространство-время не изменится, а космическим путешественникам не будет нанесено никакого вреда.

Уравнения Эйнштейна в общей теории относительности сложно решить в одном направлении, выясняя, как материя искривляет пространство, но это осуществимо. Используя их, Алькубьерре определил, что распределение материи есть необходимое условие для создания деформированного пузыря. Проблема только в том, что решения приводили к неопределенной форме материи под названием отрицательная энергия.

Говоря простым языком, гравитация — это сила притяжения между двумя объектами. Каждый объект вне зависимости от его размеров оказывает некоторую силу притяжения на окружающую материю. По мнению Эйнштейна, эта сила является искривлением пространства-времени. Отрицательная энергия, однако, гравитационно отрицательна, то есть отталкивающа. Вместо того чтобы соединять время и пространство, отрицательная энергия отталкивает и разобщает их. Грубо говоря, чтобы такая модель работала, Алькубьерре необходима отрицательная энергия, чтобы расширять пространство-время позади корабля.

Слабое место модели Алькубьерре в том, что для ее осуществления требуется огромное количество отрицательной энергии.

Несмотря на то, что никто и никогда особенно не измерял отрицательную энергию, согласно квантовой механике, она существует, а ученые научились создавать ее в лабораторных условиях. Один из способов ее воссоздания — через Казимиров эффект: две параллельно проводящие пластины, расположенные близко друг к другу, создают некоторое количество отрицательной энергии. Слабое место модели Алькубьерре в том, что для ее осуществления требуется огромное количество отрицательной энергии, на несколько порядков выше, чем, по оценкам ученых, ее можно произвести.

Уайт говорит, что он нашел, как пойти в обход этого ограничения. В компьютерном симуляторе Уайт изменил геометрию деформационного поля так, что в теории он мог бы производить деформированный пузырь, используя в миллионы раз меньше отрицательной энергии, чем требовалось по оценкам Алькубьерра, и, возможно, достаточно мало, чтобы космический корабль мог нести средства его производства. «Открытия, — говорит Уайт, — меняют метод Алькубьерре с непрактичного на вполне правдоподобный».

РЕПОРТАЖ ИЗ ЛАБОРАТОРИИ УАЙТА

Космический центр Джонсона расположился рядом с лагунами Хьюстона, откуда открывается путь к заливу Гальвестон. Центр немного напоминает пригородный кампус колледжа, только направленный на подготовку астронавтов. В день моего посещения Уайт встречает меня в здании 15, многоэтажном лабиринте коридоров, офисов и лабораторий, в которых проводятся испытания двигателя. На Уайте рубашка поло с эмблемой Eagleworks (так он называет свои эксперименты по созданию двигателя), на которой вышит орел, парящий над футуристическим космическим кораблем.

Уайт начинал свою карьеру с работы инженером — проводил исследования в составе роботической группы. Со временем он взял на себя командование всем крылом, занимающимся роботами на МКС, одновременно заканчивая писать докторскую в области физики плазмы. Только в 2009-м он сменил свои интересы на изучение движения, и эта тема захватила его настолько, что стала основной причиной, по которой он отправился работать на NASA.

«Он довольно необычный человек, — говорит его босс Джон Эпплуайт, возглавляющий отделение двигательных систем. — Он совершенно точно большой фантазер, но одновременно и талантливый инженер. Он умеет превращать свои фантазии в реальный инженерный продукт». Примерно в то же время, когда он присоединился к NASA, Уайт попросил разрешения открыть собственную лабораторию, посвященную продвинутым двигательным системам. Он сам и придумал название Eagleworks и даже попросил NASA создать логотип для его специализации. Тогда и началась эта работа.

Приспособление внешне похоже на огромный красный бархатный пончик с проводами, плотно оплетающими сердцевину.

Уайт ведет меня к своему офису, который делит с коллегой, занимающимся поисками воды на Луне, а после ведет вниз к Eagleworks. На ходу он рассказывает мне про свою просьбу открыть лабораторию и называет это «долгим трудным процессом поиска продвинутого движения, чтобы помочь человеку исследовать космос».

Уайт демонстрирует мне объект и показывает его центральную функцию — нечто, что он называет «квантовый вакуумный плазменный двигатель» (QVPT). Это приспособление внешне похоже на огромный красный бархатный пончик с проводами, плотно оплетающими сердцевину. Это одна из двух инициатив Eagleworks (вторая — деформационный двигатель). Еще это секретная разработка. Когда я спрашиваю, что это, Уайт отвечает, что может сказать только, что эта технология даже круче, чем деформационный двигатель). Согласно отчету NASA за 2011 год, написанному Уайтом, аппарат использует квантовые флуктации в пустом пространстве в качестве источника топлива, а значит, космический корабль, приводимый в движение QVPT, не требует топлива.

Двигатель использует квантовые флуктации в пустом пространстве в качестве источника топлива,а значит, космический корабль,приводимый в движение QVPT, не требует топлива.

Когда девайс работает, система Уайта выглядит кинематографически идеально: цвет лазера красный, и два луча скрещены, как сабли. Внутри кольца находятся четыре керамических конденсатора, сделанных из титаната бария, который Уайт заряжает до 23 тысяч вольт. Уайт провел последние два с половиной года, разрабатывая эксперимент, и он говорит, что конденсаторы демонстрируют огромную потенциальную энергию. Однако, когда я спрашиваю, как создать отрицательную энергию, необходимую для деформированного пространства-времени, он уклоняется от ответа. Он объясняет, что подписал соглашение о неразглашении, и потому не может раскрывать подробности. Я спрашиваю, с кем он заключал эти соглашения. Он говорит: «С людьми. Они приходят и хотят поговорить. Больше подробностей я вам сообщить не могу».

ПРОТИВНИКИ ИДЕИ ДВИГАТЕЛЯ

Пока что теория деформированного путешествия довольно интуитивна — деформация времени и пространства, чтобы создать движущийся пузырь, — и в ней есть несколько значительных недостатков. Даже если Уайт значительно уменьшит количество отрицательной энергии, запрашиваемой Алькубьерре, ее все равно потребуется больше, чем способны произвести ученые, заявляет Лоуренс Форд, физик-теоретик в университете Тафтс, за последние 30 лет написавший множество статей на тему отрицательной энергии. Форд и другие физики заявляют, что есть фундаментальные физические ограничения, причем дело не столько в инженерных несовершенствах, сколько в том, что такое количество отрицательной энергии не может существовать в одном месте длительное время.

Другая сложность: для создания деформационного шара, который двигается быстрее света, ученым потребуется произвести отрицательную энергию вокруг космического корабля и в том числе над ним. Уайт не считает, что это проблема; он весьма туманно отвечает, что двигатель, скорее всего, будет работать благодаря некоему имеющемуся «аппарату, который создает необходимые условия». Однако создание этих условий перед кораблем будет означать обеспечение постоянной поставки отрицательной энергии, перемещаемой быстрей скорости света, что снова противоречит общей теории относительности.

У дирекции есть какой-то особенный интерес в том, чтобы Уайт продолжал свою работу; это одна из тех теоретических концепций, в случае успехов которых игра меняется полностью.

Наконец, двигатель деформации пространства ставит концептуальный вопрос. В общей теории относительности путешествие на сверхсветовой скорости эквивалентно путешествию во времени. Если такой двигатель реален, Уайт создает машину времени.

Эти препятствия рождают некоторые серьезные сомнения. «Не думаю, что известная нам физика и ее законы позволяют допустить, что он чего-то добьется своими экспериментами», — говорит Кен Олум, физик из университета Тафтс, который также участвовал в дебатах насчет экзотического движения на собрании «100-летия звездного корабля». Ноа Грэхам, физик из колледжа Миддлбёри, читавший две работы Уайта по моей просьбе, написал мне e-mail: «Не вижу ценных научных доказательств, помимо отсылок к его предыдущим работам».

Алькубьерре, ныне физик в Национальном автономном университете Мексики, и сам высказывает сомнение. «Даже если я стою на космическом корабле и у меня есть в наличии отрицательная энергия, мне ни за что не поместить ее туда, куда требуется, — говорит он мне по телефону из своего дома в Мехико. — Нет, идея-то волшебная, мне нравится, я же ее сам и написал. Но в ней есть пара серьезных недостатков, которые я уже сейчас, с годами, вижу, и я не знаю ни единого способа их исправить».

БУДУЩЕЕ СВЕРХСКОРОСТЕЙ

Слева от главных ворот Джонсонского научного центра лежит на боку ракета «Сатурн-В», ее ступени разъединены для демонстрации внутреннего содержимого. Он гигантский — размер одного из множества двигателей равен размеру маленького автомобиля, а сама ракета на пару футов длиннее, чем футбольное поле. Это, конечно, вполне красноречивое свидетельство особенностей космического плавания. Кроме того, ей 40 лет, и время, которое она представляет — когда NASA было частью огромного национального плана по отправлению человека не Луну, — давно прошло. Сегодня JSC — это просто место, которое когда-то было великим, но с тех пор покинуло космический авангард.

Прорыв в движении может означать новую эру для JSC и NASA, и в какой-то степени часть этой эры начинается уже сейчас. Зонд Dawn («Рассвет»), запущенный в 2007-м, изучает кольцо астероидов при помощи ионных двигателей. В 2010-м японцы ввели в эксплуатацию «Икар», первый межпланетный звездный корабль, приводимый в движение солнечным парусом, еще один вид экспериментального движения. И в 2016-м ученые планируют испытать VASMIR, систему, работающую на плазме, сделанную специально для высокой двигательной тяги в ISS. Но когда эти системы, возможно, доставят астронавтов на Марс, они все еще не будут способны забросить их за пределы Солнечной системы. Чтобы добиться этого, по словам Уайта, NASA потребуется пойти на более рискованные проекты.

Деформационный двигатель — возможно, самое притянутое за уши из насовских усилий по созданию проектов движения. Научное сообщество заявляет, что Уайт не может создать его. Эксперты заявляют, что он работает против законов природы и физики. Несмотря на это, за проектом стоит NASA. «Его субсидируют не на том высоком государственном уровне, на котором должны были бы, — говорит Апплуайт. — Я думаю, что у дирекции есть какой-то особенный интерес в том, чтобы он продолжал свою работу; это одна из тех теоретических концепций, в случае успехов которых игра меняется полностью».

В январе Уайт собрал свой деформационный интерферометр и двинулся к следующей цели. Eagleworks перерос собственный дом. Новая лаборатория больше и, как он заявляет с энтузиазмом, «сейсмически изолирована», имея в виду, что он защищен от колебаний. Но, возможно, лучшее в новой лаборатории (и самое впечатляющее) — то, что NASA создало Уайту такие же условия, что были у Нила Армстронга и Базза Олдрина на Луне. Что ж, посмотрим.

Правообладатель иллюстрации Thinkstock

Нынешний рекорд скорости в космосе держится уже 46 лет. Корреспондент задался вопросом, когда же он будет побит.

Мы, люди, одержимы скоростью. Так, только за последние несколько месяцев стало известно о том, что студенты в Германии поставили рекорд скорости для электромобиля, а ВВС США планируют так усовершенствовать гиперзвуковые самолеты, чтобы те развивали скорость в пять раз превышающую скорость звука, т.е. свыше 6100 км/ч.

У таких самолетов не будет экипажа, но не потому, что люди не могут передвигаться с такой высокой скоростью. На самом деле люди уже перемещались со скоростью, которая в несколько раз выше скорости звука.

Однако существует ли предел, преодолев который наши стремительно несущиеся тела уже не смогут выдерживать перегрузки?

Нынешний рекорд скорости поровну принадлежит трем астронавтам, которые участвовали в космической миссии "Аполлон 10", - Тому Стаффорду, Джону Янгу и Юджину Сернану.

В 1969 году, когда астронавты облетели вокруг Луны и возвращались обратно, капсула в которой они находились, развила скорость, которая на Земле равнялась бы 39,897 км/час.

"Я думаю, что сто лет назад мы вряд ли могли себе представить, что человек сможет перемещаться в космосе со скоростью почти в 40 тысяч километров в час", - говорит Джим Брей из аэрокосмического концерна Lockheed Martin.

Брей - директор проекта обитаемого модуля для перспективного корабля "Орион" (Orion), который разрабатывается Космическим агентством США НАСА.

По замыслу разработчиков, космический корабль "Орион" – многоцелевой и частично многоразовый - должен выводить астронавтов на низкую орбиту Земли. Очень может быть, что с его помощью удастся побить рекорд скорости, установленный для человека 46 лет назад.

Новая сверхтяжелая ракета, входящая в Систему космических пусков (Space Launch System), должна, согласно плану, совершить свой первый пилотируемый полет в 2021 году. Это будет облет астероида, находящегося на окололунной орбите.

Среднестатистический человек может вынести перегрузку примерно в пять G, прежде чем потеряет сознание

Затем должны последовать многомесячные экспедиции к Марсу. Сейчас, по мысли конструкторов, обычная максимальная скорость "Ориона" должна составлять примерно 32 тысяч км/час. Однако скорость, которую развил "Аполлон 10", можно будет превзойти даже при сохранении базовой конфигурации корабля "Орион".

"Orion предназначен для полетов к различным целям в течение всего своего срока эксплуатации, - говорит Брей. – Его скорость может оказаться значительно выше той, что мы сейчас планируем".

Но даже "Орион" не будет представлять пик скоростного потенциала человека. "По сути дела, не существует другого предела скорости, с какой мы можем перемещаться, кроме скорости света", - говорит Брей.

Скорость света один миллиард км/час. Есть ли надежда, что нам удастся преодолеть разрыв между 40 тысячами км/час и этими величинами?

Удивительным образом скорость как векторная величина, обозначающая быстроту перемещения и направление движения, не является для людей проблемой в физическом смысле, пока она относительно постоянна и направлена в одну сторону.

Следовательно, люди – теоретически – могут перемещаться в пространстве лишь чуть медленнее "скоростного предела вселенной", т.е. скорости света.

Правообладатель иллюстрации NASA Image caption Как будет ощущать себя человек в корабле, летящем с околосветовой скоростью?

Но даже если допустить, что мы преодолеем значительные технологические препятствия, связанные с созданием скоростных космических кораблей, наши хрупкие, состоящие в основном из воды тела столкнутся с новыми опасностями, сопряженными с эффектами высокой скорости.

Могут возникнуть и пока только воображаемые опасности, если люди смогут передвигаться быстрее скорости света благодаря использованию лазеек в современной физике или с помощью открытий, разрывающих шаблон.

Как выдержать перегрузки

Впрочем, если мы намерены передвигаться со скоростью свыше 40 тысяч км/час, нам придется достигать ее, а затем замедляться, не спеша и сохраняя терпение.

Быстрое ускорение и столь же быстрое замедление таят в себе смертельную опасность для организма человека. Об этом свидетельствует тяжесть телесных травм, возникающих в результате автомобильных катастроф, при которых скорость падает с нескольких десятков километров в час до нуля.

В чем причина этого? В том свойстве Вселенной, которое носит название инерции или способности физического тела, обладающего массой, противостоять изменению его состояния покоя или движения при отсутствии или компенсации внешних воздействий.

Эта идея сформулирована в первом законе Ньютона, который гласит: "Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменять это состояние".

Мы, люди, в состоянии переносить огромные перегрузки без тяжких травм, правда, только в течение нескольких мгновений

"Состояние покоя и движение с постоянной скоростью - это нормально для человеческого организма, - объясняет Брей. - Нам скорее следует беспокоиться о состоянии человека в момент ускорения".

Около века назад создание прочных самолетов, которые могли маневрировать на скорости, привело к тому, что пилоты стали говорить о странных симптомах, вызываемых изменениями скорости и направления полета. Эти симптомы включали в себя временную потерю зрения и ощущение либо тяжести, либо невесомости.

Причина заключается в перегрузках, измеряемых в единицах G, которые представляют собой отношение линейного ускорения к ускорению свободного падения на поверхности Земли под воздействием притяжения или гравитации. Эти единицы отражают воздействие ускорения свободного падения на массу, например, человеческого тела.

Перегрузка в 1 G равна весу тела, которое находится в поле тяжести Земли и притягивается к центру планеты со скоростью 9,8 м/сек (на уровне моря).

Перегрузки, которые человек испытывает вертикально с головы до пят или наоборот, являются поистине плохой новостью для пилотов и пассажиров.

При отрицательных перегрузках, т.е. замедлении, кровь приливает от пальцев на ногах к голове, возникает чувство перенасыщения, как при стойке на руках.

Правообладатель иллюстрации SPL Image caption Для того чтобы понять, сколько G смогут выдержать астронавты, их тренируют в центрифуге

"Красная пелена" (чувство, которое испытывает человек, когда кровь приливает к голове) наступает, когда распухшие от крови, полупрозрачные нижние веки поднимаются и закрывают зрачки глаз.

И, наоборот, при ускорении или положительных перегрузках кровь отливает от головы к ногам, глаза и мозг начинают испытывать недостаток кислорода, поскольку кровь скапливается в нижних конечностях.

Сначала зрение туманится, т.е. происходит потеря цветного зрения и накатывает, что называется, "серая пелена", потом наступает полная потеря зрения или "черная пелена", но человек остается в сознании.

Чрезмерные перегрузки ведут к полной потере сознания. Это состояние называют обмороком, вызванным перегрузкой. Многие пилоты погибли из-за того, что на их глаза опускалась "черная пелена" - и они разбивались.

Среднестатистический человек может вынести перегрузку примерно в пять G, прежде чем потеряет сознание.

Пилоты, одетые в специальные противоперегрузочные комбинезоны и обученные особым образом напрягать и расслаблять мышцы торса для того, чтобы кровь не отливала от головы, способны управлять самолетом при перегрузках примерно в девять G.

По достижении стабильной крейсерской скорости в 26 000 км/ч на орбите астронавты ощущают скорость не больше, чем пассажиры коммерческих авиарейсов

"На протяжении коротких периодов времени человеческое тело может переносить гораздо более сильные перегрузки, чем девять G, - говорит Джефф Свентек, исполнительный директор Ассоциации аэрокосмической медицины, расположенной в городе Александрия, штат Вирджиния. - Но выдерживать высокие перегрузки на протяжении длительного периода времени способны очень немногие".

Мы, люди, в состоянии переносить огромные перегрузки без тяжких травм, правда, только в течение нескольких мгновений.

Рекорд кратковременной выносливости поставил капитан ВВС США Эли Бидинг-младший на авиабазе Холломэн в штате Нью-Мексико. В 1958 году он при торможении на специальных санях с ракетным двигателем после разгона до 55 км/ч за 0.1 секунду испытал перегрузку в 82.3 G.

Этот результат зафиксировал акселерометр, закрепленный у него на груди. На глаза Бидинга также упала "черная пелена", но он отделался только синяками во время этой выдающейся демонстрации выносливости человеческого организма. Правда, после заезда он провел три дня в госпитале.

А теперь в космос

Астронавты, в зависимости от средства передвижения, также испытывали довольно высокие перегрузки - от трех до пяти G - во время взлетов и при возвращении в плотные слои атмосферы соответственно.

Эти перегрузки переносятся сравнительно легко, благодаря разумной идее пристегивать космических путешественников к креслам в положении лежа лицом по направлению полета.

По достижении стабильной крейсерской скорости в 26 000 км/ч на орбите астронавты ощущают скорость не больше, чем пассажиры коммерческих авиарейсов.

Если перегрузки не будут представлять собой проблему для длительных экспедиций на кораблях "Орион", то с мелкими космическими камнями – микрометеоритами – все сложнее.

Правообладатель иллюстрации NASA Image caption Для защиты от микрометеоритов "Ориону" понадобится своего рода космическая броня

Эти частицы размером с рисовое зернышко могут развивать впечатляющие и при этом разрушительные скорости до 300 тысяч км/час. Для обеспечения целостности корабля и безопасности его экипажа "Орион" оснащен внешним защитным слоем, толщина которого варьируется от 18 до 30 см.

Кроме того, предусмотрены дополнительные экранирующие щиты, а также используется хитроумное размещение оборудования внутри корабля.

"Чтобы не лишиться полетных систем, жизненно важных для всего космического корабля, мы должны точно рассчитывать углы подлета микрометеоритов", - говорит Джим Брей.

Будьте уверены: микрометеориты – не единственная помеха для космических экспедиций, во время которых высокие скорости полета человека в безвоздушном пространстве будут играть все более важную роль.

В ходе экспедиции к Марсу придется решать и другие практические задачи, например, по снабжению экипажа продовольствием и противодействию повышенной опасности раковых заболеваний из-за воздействия на человеческий организм космической радиации.

Сокращение времени в пути снизит остроту таких проблем, поэтому быстрота перемещения будет становиться все более желаемой.

Космические полеты следующего поколения

Эта потребность в скорости воздвигнет новые препятствия на пути космических путешественников.

Новые корабли НАСА, которые угрожают побить рекорд скорости "Аполлона 10", по-прежнему будут полагаться на испытанные временем химические системы ракетных двигателей, используемые со времен первых космических полетов. Но эти системы обладают жесткими ограничениями скорости по причине высвобождения малых величин энергии на единицу топлива.

Наиболее предпочтительный, хотя и труднодостижимый источник энергии для быстрого космического корабля - это антиматерия, двойник и антипод обычной материи

Поэтому, чтобы существенно увеличить скорость полета для людей, отправляющихся на Марс и далее, необходимы, как признают ученые, совершенно новые подходы.

"Те системы, которыми мы располагаем сегодня, вполне в состоянии доставить нас туда, - говорит Брей, - однако все мы хотели бы стать свидетелями революции в двигателях".

Эрик Дэвис, ведущий физик-исследователь в Институте перспективных исследований в Остине, штат Техас, и участник программы НАСА по прорывным разработкам в физике движения, шестилетнего исследовательского проекта, завершившегося в 2002 году, выделил три наиболее перспективных средства, с точки зрения традиционной физики, способных помочь человечеству достичь скоростей, разумно достаточных для межпланетных путешествий.

Если коротко, речь идет о явлениях выделения энергии при расщеплении вещества, термоядерном синтезе и аннигиляции антиматерии.

Первый метод заключается в делении атомов и применяется в коммерческих ядерных реакторах.

Второй, термоядерный синтез, заключается в создании более тяжелых атомов из простых атомов – такого рода реакции питают энергией Солнце. Это технология, которая завораживает, но не дается в руки; до ее обретения "всегда остается еще 50 лет" - и так будет всегда, как гласит старый девиз этой отрасли.

"Это весьма передовые технологии, - говорит Дэвис, - но они основаны на традиционной физике и прочно утвердились еще на заре Атомного века". По оптимистическим оценкам, двигательные системы, основанные на концепциях деления атомов и термоядерном синтезе, в теории, способны разогнать корабль до 10% скорости света, т.е. до весьма достойных 100 миллионов км/час.

Правообладатель иллюстрации US Air Force Image caption Летать со сверхзвуковой скоростью - уже не проблема для человека. Другое дело - скорость света, или хотя бы близко к ней...

Наиболее предпочтительный, хотя и труднодостижимый источник энергии для быстрого космического корабля - это антиматерия, двойник и антипод обычной материи.

Когда два вида материи приходят в соприкосновение, они уничтожают друг друга, в результате чего выделяется чистая энергия.

Технологии, позволяющие вырабатывать и хранить – пока крайне незначительные – количества антиматерии, существуют уже сегодня.

В то же время производство антивещества в полезных количествах потребует новых специальных мощностей следующего поколения, а инженерной мысли придется вступить в конкурентную гонку по созданию соответствующего космического корабля.

Но, как говорит Дэвис, немало отличных идей уже прорабатывается на чертежных досках.

Космические корабли, приводимые в движение энергией антиматерии, смогут перемещаться с ускорением в течение нескольких месяцев и даже лет и достигать более существенных процентов от скорости света.

При этом перегрузки на борту будут оставаться приемлемыми для обитателей кораблей.

Вместе с тем, такие фантастические новые скорости будут таить в себе и иные опасности для организма человека.

Энергетический град

На скорости в несколько сот миллионов километров в час любая пылинка в космосе, от распыленных атомов водорода до микрометеоритов, неизбежно становится пулей, обладающей высокой энергией и способной прошить корпус корабля насквозь.

"Когда вы передвигаетесь с очень высокой скоростью, это означает, что частицы, летящие вам навстречу, движутся с теми же скоростями", - говорит Артур Эдельстайн.

Вместе с покойным отцом, Уильямом Эдельстайном, профессором радиологии в Медицинской школе Университета имени Джона Хопкинса, он работал над научным трудом, в котором рассматривались последствия воздействия атомов космического водорода (на людей и технику) во время сверхбыстрых космических путешествий в космосе.

Водород начнет разлагаться на субатомные частицы, которые будут проникать внутрь корабля и подвергать воздействию радиации как экипаж, так и оборудование.

Двигатель Алькубьерре понесет вас, как серфингиста, несущегося на доске по гребню волны Эрик Дэвис, физик-исследователь

На скорости, равной 95% скорости света, воздействие такой радиации будет означать почти мгновенную смерть.

Звездолет нагреется до температур плавления, перед которыми не устоит ни один мыслимый материал, а вода, содержащаяся в организме членов экипажа, немедленно закипит.

"Это все крайне неприятные проблемы", - замечает Эдельстайн с мрачным юмором.

Он и его отец приблизительно подсчитали, что для создания некоей гипотетической системы магнитной защиты, способной оградить корабль и находящихся в нем людей от смертоносного водородного дождя, звездолет может перемещаться со скоростью, не превышающей половины скорости света. Тогда люди на борту имеют шанс выжить.

Марк Миллис, физик, занимающийся проблемами поступательного движения, и бывший руководитель программы НАСА по прорывным разработкам в физике движения, предупреждает, что этот потенциальный предел скорости для полетов в космосе остается пока проблемой отдаленного будущего.

"На основании физических знаний, накопленных к настоящему времени, можно сказать, что развить скорость свыше 10% от скорости света будет крайне трудно, - говорит Миллис. – Опасность нам пока не угрожает. Простая аналогия: зачем переживать, что мы можем утонуть, если мы еще даже не вошли в воду".

Быстрее света?

Если допустить, что мы, так сказать, научились плавать, сможем ли мы тогда освоить скольжение по космическому времени - если развивать дальше эту аналогию - и летать со сверхсветовой скоростью?

Гипотеза о врожденной способности к выживанию в сверхсветовой среде хотя и сомнительна, но не лишена определенных проблесков образованной просвещенности в кромешной тьме.

Один из таких интригующих способов перемещения основан на технологиях, подобных тем, что применяются в "варп-двигателе" или "двигателе искривления" из сериала "Звездный путь".

Принцип действия этой силовой установки, известной еще как "двигатель Алькубьерре"* (названного по фамилии мексиканского физика-теоретика Мигеля Алькубьерре), состоит в том, что он позволяет кораблю сжимать перед собой нормальное пространство-время, описанное Альбертом Эйнштейном, и расширять его позади себя.

Правообладатель иллюстрации NASA Image caption Нынешний рекорд скорости принадлежит трем астронавтам "Аполлона 10" - Тому Стаффорду, Джону Янгу и Юджину Сернану

По существу, корабль перемещается в некоем объеме пространства-времени, своеобразном "пузыре искривления", который движется быстрее скорости света.

Таким образом, корабль остается неподвижным в нормальном пространстве-времени в этом "пузыре", не подвергаясь деформациям и избегая нарушений универсального предела скорости света.

"Вместо того чтобы плыть в толще воды нормального пространства-времени, - говорит Дэвис, - двигатель Алькубьерре понесет вас, как серфингиста, несущегося на доске по гребню волны".

Есть тут и определенный подвох. Для реализации этой затеи необходима экзотическая форма материи, обладающая отрицательной массой, чтобы сжимать и расширять пространство-время.

"Физика не содержит никаких противопоказаний относительно отрицательной массы, - говорит Дэвис, - но никаких ее примеров нет, и мы никогда не встречали ее в природе".

Существует и другой подвох. В опубликованной в 2012 году работе исследователи из Университета Сиднея предположили, что "пузырь искривления" будет накапливать заряженные высокой энергией космические частицы, поскольку неизбежно начнет взаимодействовать с содержимым Вселенной.

Некоторые частицы будут проникать внутрь самого пузыря и накачивать корабль радиацией.

Застрявшие в досветовых скоростях?

Неужели мы так и обречены застрять на этапе досветовых скоростей по причине нашей деликатной биологии?!

Речь ведь не столько о том, чтобы установить новый мировой (галактический?) рекорд скорости для человека, сколько о перспективе превращения человечества в межзвездное общество.

Со скоростью в половину скорости света - а это тот предел, который, согласно данным изысканий Эдельстайна, способен выдержать наш организм - путешествие к ближайшей звезде в оба конца займет более 16 лет.

(Эффекты расширения времени, под воздействием которых для экипажа звездолета в его системе координат пройдет меньше времени, чем для людей, оставшихся на Земле в своей системе координат, не приведут к драматическим последствиям на скорости, составляющей половину скорости света).

Марк Миллис полон надежд. Принимая во внимание, что человечество изобрело противоперегрузочные костюмы и защиту от микрометеоритов, позволяющие людям безопасно путешествовать в великой голубой дали и усеянной звездами черноте космоса, он уверен, что мы сможем найти способы выживания, на какие бы скоростные рубежи не вышли в будущем.

"Те же самые технологии, которые смогут помочь нам достигать невероятных новых скоростей перемещения, - размышляет Миллис, - обеспечат нас новыми, пока неведомыми возможностями для защиты экипажей".

Примечания переводчика:

*Мигель Алькубьерре выдвинул идею своего "пузыря" в 1994 году. А в 1995 году российский физик-теоретик Сергей Красников предложил концепцию устройства для космических путешествий быстрее скорости света. Идея получила название "трубы Красникова".

Это искусственное искривление пространства времени по принципу так называемой кротовой норы. Гипотетически корабль будет двигаться по прямой от Земли к заданной звезде сквозь искривленное пространство-время, проходя через другие измерения.

Согласно теории Красникова, космический путешественник вернется обратно в то же самое время, когда он отправился в путь.

Распространение света в вакууме космоса

Древние не мыслили себе мироздания без эфира. И не только древние. Вплоть до создания А. Эйнштейном специальной теории относительности (СТО) в 1905 г. считалось, что пространство между атомами заполняет эфир. Вопросом о том, каков на самом деле эфир, в ту пору не задавались. Считалось, что эфир обладает упругостью и в нём могут распространяться волны

Исходя из такого представления об эфире, Максвелл смог найти законы электромагнитного поля. Законы, открытые Максвеллом, позволили предсказать многие неизвестные до того явления и закономерности. Так, существование электромагнитных волн сперва было предсказано исходя из законов Максвелла и только позже экспериментально открыто Г. Герцем. Максвелл показал, что "свет есть электромагнитное возмущение" и распространяется в пространстве в виде поперечных волн, а скорость любых других электромагнитных волн равна скорости света.

Уравнения Максвелла имели чёткий физический смысл: электромагнитные волны есть волны в среде. После изгнания А. Эйнштейном эфира из мирового пространства уравнения Максвелла утратили физический смысл - волны нужно было понимать как волны в пустоте. Процесс обучения физике стал затруднительным - невозможно стало объяснить, откуда взялись уравнения Максвелла и что это за волны, которые могут распространяться в пустоте.

Справедливости ради следует отметить, что А. Эйнштейн никогда не был уверен, правильно ли он поступил, изгнав из физики эфир. Так, в речи, произнесенной им 5 мая 1920 г. в Лейденском университете (через 15 лет после создания СТО и через 4 года после создания общей теории относительности - ОТО), Эйнштейн говорит: "…общая теория относительности наделяет пространство физическими свойствами, таким образом, в этом смысле эфир существует. Согласно общей теории относительности пространство немыслимо без эфира; действительно, в таком пространстве не только было бы невозможно распространение света, но не могли бы существовать масштабы и часы и не было бы никаких пространственно-временных расстояний в физическом смысле слова".

И позже ещё не раз Эйнштейн возвращался к мысли о необходимости эфира. Однако с течением времени сомнения Эйнштейна относительно существования эфира забылись. В головах у обывателей и, что хуже всего, в головах у физиков эти две взаимно исключающие теории (СТО и ОТО) смешались и осталось в сознании только одно табу "Эфира нет!". И даже слово "эфир" стало считаться неприличным. Но от эфира в физике избавиться трудно - выгнали в дверь, лезет в окно. Поэтому это надоедливое создание стыдливо назвали "физический вакуум". А поскольку название длинное и неуклюжее, то прижилось название "вакуум".

Чтобы подтвердить сказанное, приведу фрагмент лекции по физике, подготовленной для абитуриентов центром довузовской подготовки Томского политехнического университета:

"Для установления количественных соотношений между изменяющимся электрическим полем и вызываемым им магнитным полем Максвелл ввел в рассмотрение ток смещения . Этот термин имеет смысл в таких веществах, как, например, диэлектрики. Там смещаются заряды под действием электрического поля. Но в вакууме зарядов нет - там смещаться нечему, а магнитное поле есть. То есть название Максвелла "ток смещения" - не совсем удачное…" (см. http://ens.tpu.ru/POSOBIE_FIS_KUSN/%FD%EB%E5%EA%F2%F0%EE%EC%E0%E3%ED%E5%F2%E8%E7%EC/07-2.htm).

Этот фрагмент есть образец того, как учить мыслить неправильно . Ток смещения образуется связанными зарядами (диполями), которые в электрическом поле ориентируются соответствующим образом (рис. 1).

Если между обкладками конденсатора помещён диэлектрик, то в нём есть связанные заряды. Образуется ток смещения и конденсатор будет работоспособен (рис. 2)

Рис. 2

Если между обкладками конденсатора мы не видим диэлектрика, но конденсатор всё же работоспособен, то следует задаться вопросом "что там за невидимые связанные заряды ?", а не ограничиваться замечанием "название Максвелла "ток смещения " - не совсем удачное".

Отказ от эфира был в значительной мере обусловлен результатами опытов Майкельсона-Морли, проводившимися с 1881 по 1905 годы. Предполагалось, что если есть эфир, то скорость света должна зависеть от направления движения Земли относительно эфира (30 км/с - орбитальная скорость Земли). Результат опытов был не нулевой, но он был на порядок меньше, чем ожидалось, и его сочли нулевым. Это означало, что эфира нет. На самом деле результат был ещё хуже, так как следовало учитывать не только вращение Земли вокруг Солнца, но и скорость вращения Солнечной системы вокруг Галактического центра (не менее 200 км/с). И только в настоящее время установили, что при правильной обработке результатов опыта с учётом особенностей его проведения, была бы получена скорость движения сквозь эфир порядка 220 км/с. Особенность же проведения опыта состояла в том, что измерялась усреднённая скорость света (луч идёт от А к В, а затем обратно от В к А). В этом случае эффекты от движения сквозь эфир в значительной степени взаимно уничтожаться, хотя и не до полного нуля. В последующих опытах, которые начиная с 1977 года регулярно стали проводиться физическими лабораториями разных стран - США (Б. Кори, Д. Уилкинсон, Дж. Смит и др. Эксперименты по анизотропии фонового излучения.), Венгрия, СССР, Германия, Австралия - всегда измерялась однонаправленная скорость света (т.е. только от А к В). И результаты всегда получались в пределах 200-300 км/с А после того, как был открыт реликтовый фон, была измерена скорость движения относительно реликтового фона Местной группы галактик, в которую входит наша Галактика вместе с Солнцем и Землёй. Скорость оказалась равной около 600 км/с ().

Таким образом, сейчас уже основной аргумент за отказ от эфира отпал. Но тут вступил в действие "человеческий фактор". Дальше цитирую, потому что лучше, чем сказано, не скажешь:

"Предельно ясно, просто по-человечески понятно, что попытка переосмысления невероятно сложной, многокомпонентной структуры физики 20-го столетия является чудовищно сложной задачей, настолько сложной, что она способна деморализовать не только отдельных исследователей, но и сплоченный коллектив единомышленников, т.е. любую научную школу. Сотни экспериментов, теорий, университетских кафедр, Нобелевских премий, километры печатной продукции, невиданные успехи физических наук вообще и - атомной физики, в частности... No comments!" !(А.Л. Шаляпин, В.И. Стукалов Введение в классическую электродинамику и атомную физику, 2006, с. 290) .

И в силу человеческого фактора "правильные" физики, взращённые на СТО и ОТО, продолжают отрицать эфир.

Но есть ещё целая армия физиков, не разделяющих "правильные" взгляды приверженцев теории относительности. Они, каждый со своих позиций, пытаются объяснить структуру вакуума. Разрабатываются модели жидкого, газообразного, квазитвёрдого эфира, а в последнее время даже появилась модель запрограммированного эфира (чувствуется, что вступает в игру молодое поколение, воспитанное на компьютерных технологиях!). Большинство моделей эфира недостаточно разработаны и носят в основном описательный характер. А если и разработаны, то лишь фрагментарно.

Среди публикаций о структуре эфира я для себя выделила книгу А.В. Рыкова "Вакуум и вещество Вселенной, Москва, 2010". Однозначную оценку целиком всей книге я дать затрудняюсь. Из многочисленных вопросов, рассмотренных в ней с разной степенью тщательности, я бы выделила три основных: структура вакуума, электромагнитные явления в вакууме, гравитация и инерция. В разделе "гравитация и инерция" я не всё, предложенное автором, приняла безоговорочно. Но сейчас речь не об этом разделе, а о темах "структура вакуума" и "электромагнитные явления в вакууме". Так вот эти темы сделаны автором и тщательно и убедительно. Поэтому я и решила о них рассказать.

Во-первых, известно, что при облучении вакуума энергичными гамма-квантами из него могут быть выбиты пары масс двух частиц - электрона и позитрона (рис. 3).

Рис. 3

Рождение электрон-позитронных пар гамма-квантами впервые наблюдали Ирен и Фредерик Жолио-Кюри в 1933 году, а также Патрик Блэкетт, получивший в 1948 за это и другие открытия Нобелевскую премию по физике. Из этого опытного факта неизбежно следует вывод, что и до облучения вакуума гамма-квантами электромагнитная структура вакуума существовала и, разумеется, существует во Вселенной вечно. Ибо из пустоты выбить ничего нельзя даже энергичными гамма-квантами.

Во-вторых, известно, что конденсатор без прокладки, помещённый в глубокий вакуум, остаётся работоспособным. Значит вакуум заполнен диполями, То есть в вакууме находятся в связанном состоянии электрические заряды (+) и (-) всех известных частиц и античастиц. Потому что только связанные заряды, способны создавать токи смещения, которые и делают конденсатор работоспособным.

Вследствие поляризации диполей, заряды, заполняющие вакуум, выстроятся в кубическую кристаллическую решётку (рис. 4).

Рис. 4
Из многочисленных наблюдений следует, что диполи в вакууме ведут себя не только как электронейтральные, но и как безмассовые. Например, они не вызывают торможения материальных тел при их движении сквозь эфир. Электронейтральность диполей понятна - заряды (+) и (-) компенсируют друг друга. Но почему диполи безмассовые? Ведь до образования диполя электрон и позитрон имели одинаковые и совсем не нулевые массы. Для ответа на этот вопрос автор вводит гипотезу о магнитных вихрях зарядов:

Структура среды не ограничивается "решеткой" с зарядами (+) и (-) в ее узлах. Каждый заряд тащит за собой свой магнитный вихрь. Вихри зарядов (+) и (-) имеют противоположные направления и потому при образовании диполя компенсируют друг друга друга как показано на рис. 5. При разрыве гамма-квантом дипольной связи часть потока магнитной индукции каждой частицы реализуется как масса этой частицы. Поэтому и говорят, что гамма-квант выбивает пары масс двух частиц - электрона и позитрона.

Рис. 5

Освободившийся электрон может существовать сколько угодно долго. Максимальное же время существования позитрона составляет 0,2 секунды (установлено экспериментальными исследованиями). Затем он снова аннигилирует с другим электроном, образуя диполь. Массы антивещества идут на строительство вещества, например, нейтрона из двух масс позитрона и антипротона. Поэтому в реальности антивещество никогда не наблюдается.

К вопросу о магнитных вихрях. Идея А.В. Рыкова о магнитных вихрях зарядов мне показалась особенно эвристической. По большому счёту, что такое электрический заряд мы тоже не знаем. Но, по крайней мере, можно догадываться, где он находится. Но магнитное поле тока! Цепь разомкнута - поля нет. Замкнули цепь - и вокруг проводника возникло круговое магнитное поле (рис.6). Откуда? Разомкнули - и оно мгновенно спряталось. Куда?!

Рис. 6

И ведь электроны дрейфуют по проводнику с черепашьей скоростью - около 2 мм/с. Именно так. А то, что электрический ток распространяется со скоростью света, так это с такой скоростью электроны подталкивают друг друга кулоновским полем. И вот этот черепаший дрейф электронов способен создать могучее магнитное поле. Кто однажды видел, как заводской электромагнит (рис. 7 - справа) шутя поднимает в воздух стотонную болванку, тот не сочтёт это преувеличением. Гипотеза о магнитных вихрях позволяет, по крайней мере, догадываться, откуда поле появляется и куда оно прячется. А то, что в деталях этот процесс неизвестен, не беда. Молодые исследователи раскопают! Было бы положено начало.

Чтобы определить свойства решётки вакуума был использован экспериментально установленный факт - минимальная энергия гамма-кванта (красная граница), приводящая к выбиванию пары масс электрона и позитрона, равна 1,022МэВ. Приравняв эту энергию работе по разрыву дипольной связи, автор определил параметры решётки - длину стороны решётки r e = 1.3987631·10 -15 м (это в 37832 раз меньше радиуса атома водорода) и предельную её деформацию накануне разрыва Δr e = 1.020726744·10 -17 м.

Сам механизм разрыва выглядит так. Гамма-квант, пролетающий рядом с электроном (свободным или связанным в атоме) вызывает высокочастотные колебания электрона. Колебания электрона передаются согласно закону Кулона зарядам среды - положительные заряды к электрону притягиваются, отрицательные отталкиваются. На рисунке 8 приведен условный механизм возбуждения и распространения электромагнитной волны в кристаллической решётке вакуума.

Рис. 8

Крупный черный кружок - электрон, маленький красный кружок - центр колебаний электрона, красная горизонтальная линия - направление распространения волны, чёрные кружки - заряды (-), светлые кружки -заряды (+). Амплитуда колебаний связанных зарядов - Δr, расстояние между зарядами - r e .

Замечание 1 . Разумеется, расстояния на рисунке искажены, на самом деле Δr

Если энергия гамма-кванта равна 1,022МэВ, то при некоторой амплитуде Δr e создадутся условия для разрыва связи в диполе и превращения энергии гамма-кванта в пару масс "электрон- позитрон". На опыте превращение всегда происходит в непосредственном присутствии посторонней частицы (электрона, любого атома). Принято считать, что это потому так, что гамма-квант должен отдать свой импульс посторонней частице. В данном случае даётся другое объяснение - присутствие электрона (свободного или связанного в атоме) необходимо для того, чтобы гамма-квант за счёт своей энергии вызвал колебания электрона, а тот уже своим кулоновским полем воздействует на заряды диполя.

Замечание 2. Посмотреть, какие выкладки были сделаны автором для получения параметров решётки вакуума, можно в http://red-shift.info , глава 5. Там размещён соответствующий фрагмент книги А.В. Рыкова "Вакуум и вещество Вселенной", адаптированный для чтения вне контекста книги.

Есть один признак правильности гипотезы - из неё, как из рога изобилия, начинают сыпаться следствия, совпадающие с наблюдениями и результатами опытов. Вот и у меня, пока я знакомилась с теорией Рыкова, возникла догадка о том, что представляет собой фотон. Вообще-то известно, что атом излучает фотон, когда электрон с более высокой орбиты перескакивает на более низкую. Но я нигде не встречала детального описания механизма этого явления. И нигде не встречала чёткого определения понятия "фотон". Вот, например, определение фотона из Википедии:

"Фотон - элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле - света). Это безмассовая частица, способная существовать только двигаясь со скоростью света. Электрический заряд фотона также равен нулю."

А теперь посмотрим, как можно определить фотон, исходя из теории Рыкова. На рис. 9 показан скачёк электрона с уровня А на уровень С. Ситуация отличается от ситуации, показанной на рис. 8, только тем, что электрон не совершает колебаний. Пока электрон проходит путь АВ, образуется первая полуволна. Когда электрон проходит путь ВС, образуется вторая полуволна. И всё. Образовавшаяся волна пойдёт по направлению красной стрелки. Значит, фотон - это единичная электромагнитная волна (ЭМВ) .

Рис. 9

Теперь давайте сравним с определением из Википедии.

• 1. Фотон это элементарная частица. Неправильно. Фотон это единичная волна.
• 2. Фотон это квант электромагнитного излучения. Фотон, это порция излучения.
• 3. Фотон это безмассовая частица. Разумеется безмассовая, поскольку это волна.
• 4. Фотон способен существовать только двигаясь со скоростью света. Конечно, это ведь ЭМВ.
• 5. Электрический заряд фотона также равен нулю. Естественно, он же волна!

Заряды, заполняющие вакуум, выстраиваются в кубическую кристаллическую решётку. Но кубическая решётка обладает анизотропностью по отношению к распространению света - скорость света должна зависеть от направления распространения с помощью зарядов куба. Однако при распространении света анизотропность никогда не наблюдается. Не послужит ли это неопровержимым аргументом против теории Рыкова? Оказывается, нет. В реальных условиях, происходящих во Вселенной, возможно поддержание только ближнего порядка в кристаллической структуре - на несколько десятков ячеек. Дальше порядок будет нарушен вкраплёнными массами и другими случайными воздействиями. Длина волны гамма-кванта красной границы равна λ=1.2043666·10 -12 м. Длина стороны решётки r e = 1.3987631·10 -15 м. Таким образом, длина волны λ охватывает 861 расстояний в решетке среды. Строение вакуума на расстояниях, равных 861 единиц длины стороны куба, становится изотропным, безразличным к направлению распространения света.

Важно подчеркнуть, что электромагнитная волна не образована зарядом одного знака, а составлена из элементарных зарядов противоположных знаков и их смещений. Если этого не учитывать, то может сложиться неверное представление, что волна возмущения образуется постепенным ростом или уменьшением смещений заряда одного знака. Иными словами, каждая пара зарядов на пути распространения возмущения проходит процесс от минимального до максимального смещения, задаваемого энергией или частотой электромагнитной волны. Электромагнитное явление связано именно с чередованием зарядов разного знака. Распространение ЭМВ описывается уравнениями Максвелла. Ток смещения, входящий в уравнения Максвелла, является обязательным для связи амплитуд электрической и магнитной напряжённостей в световой волне. Он образуется смещением элементарных зарядов (+) или (-) в направлении перпендикулярном направлению распространения волны. Носителями света могут быть только электрические заряды.

Авторство, источник и публикация: 1. Подготовлено проектом "Астрогалактика" 2. Публикация проекта, 02 - 08 - 27 июля - 13 августа 2011 года 3. Автор статьи Л.М. Топтунова для проекта "Астрогалактика"