Многие тесты сообщают об «аномальной тяге», которой не должно быть. Исследователь наконец-то показал, где ошиблись все остальные.
Одной из самых заветных мечтаний людей во всем мире является безграничная свободная энергия. Это способность делать невозможное: вытягивать энергию из самого пустого пространства; создать устройство, которое вращается все быстрее и быстрее без источника энергии; для ускорения ракеты без топлива или топлива. Однако законы физики всегда стояли на пути.
Несколько лет назад несколько изобретателей-ренегатов представили еще одно воплощение этой идеи в виде устройства под названием EmDrive. Эта электромагнитная полость утверждала, что это двигатель, который не требует топлива и не выбрасывает выхлопные газы. Ему просто требовалась входная мощность, и он мог преобразовывать эту энергию в тягу. Это нарушило бы законы физики, но эксперименты показали, что это сработало.
До сих пор, пока команда под руководством Мартина Таймара не раскрыла, что на самом деле происходит за кулисами. Этот предполагаемый «невозможный» космический двигатель, как оказалось, на самом деле слишком хорош, чтобы быть правдой.
Каждое действие имеет равное противодействие. Это один из самых фундаментальных законов физики, впервые сформулированный Ньютоном более 300 лет назад. Каждый эксперимент, который мы когда-либо проводили, подтверждал это правило; каждое сделанное измерение согласовывалось с ним. Каждый раз, когда один объект воздействует на другой, это означает, что второй объект оказывает равную и противоположную силу на первый. Каждый раз, когда один объект меняет свой импульс во Вселенной, должен быть другой, который меняет свой импульс на равную и противоположную величину.
Сама идея о том, что у вас может быть «безреактивный двигатель», эквивалентна вечному двигателю: нечто, явно нарушающее известные законы физики. Действие без равной и противоположной реакции - или, как иногда заявляют их сторонники, без какой-либо реакции вообще - перевернуло бы огромное количество того, что мы знаем о Вселенной. Тем не менее, это никогда не останавливало некоторых людей от попыток, поскольку попытки запатентовать устройства, нарушающие законы физики, предпринимаются постоянно. Многие области науки изобилуют ремесленниками, изобретателями и учеными, пытающимися сделать невозможное. EmDrive - последнее повальное увлечение в длинной череде этих заявлений.
Несколько лет назад изобретатель по имени Роджер Шойер заявил, что изобрел рабочий прототип именно такого безреактивного двигателя. EmDrive, сокращенно от электромагнитного привода, утверждал, что, создав резонаторную полость, заполненную фотонами, где один конец полости уже, чем другой, вы создадите результирующую тягу даже без выхлопа. Согласно Шойеру и другим, эти устройства действительно создавали небольшую, но не нулевую тягу без какой-либо заметной формы выхлопа.
Хотя верующих было много, научная реакция по умолчанию должна быть скептической. Законы физики не так легко нарушить, а законы, которые были хорошо установлены при самых разных испытаниях и условиях, нарушить еще труднее. Когда коллаборация OPERA заявила об обнаружении нейтрино со скоростью, превышающей скорость света, в начале десятилетия, по умолчанию предполагалось, что в их эксперименте была ошибка, а не в том, что теория относительности Эйнштейна вдруг оказалась неверной. Когда Понс и Флейшман объявили о холодном синтезе, по умолчанию предполагалось, что их система обнаружения и измерения ошибочна. И когда Шойер объявил об успехе EmDrive, можно было ожидать, что он обманывал себя.
А обмануть себя совсем несложно! Особенно, когда вы сами считаете, что изобрели что-то новое или революционное, вы очень хотите, чтобы дела шли в пользу того, что вы сделали новое открытие. Но именно поэтому требуется независимое подтверждение и проверка в качестве первого шага перед принятием новых, революционных идей. Как однажды выразился Ричард Фейнман:
Для успешной технологии реальность должна иметь приоритет над связями с общественностью, поскольку природу невозможно обмануть.
Людей легко обмануть. А вот саму Вселенную обмануть гораздо сложнее.
Тайна стала еще глубже в 2016 году, когда команда НАСА во главе с энтузиастом диких идей Гарольдом «Сонни» Уайтом построила свой собственный прототип, испытала его и обнаружила, что действительно существует тяга, которая они не могли объяснить. Когда они включили питание устройства, они увидели дополнительную тягу и вообще не заметили никакой «реакции», чтобы сбалансировать это действие. Это означало бы, если бы это было правильно, насильственное ниспровержение законов физики, как мы их понимали. Когда вы смотрите на данные, которые команда собрала и опубликовала, кажется, что есть довольно четкие признаки, ну, чего-то.
Но свидетельствует ли это о новой физике? Или все экспериментальные группы обманывали себя, включая команду Сонни Уайта? Согласно новой статье, опубликованной на этой неделе, группа под руководством Мартина Таймара обнаружила один эффект, который не учитывала ни одна из команд: магнитные поля, создаваемые электрическими проводами, питающими предполагаемый EmDrive..
Электрические и магнитные поля и силы сложны именно потому, что электромагнитное поле невероятно мощное. Каждый раз, когда у вас есть движущийся электрический заряд, вы создаете ток, который сам по себе создает магнитное поле. Каждый раз, когда магнитное поле изменяется, оно индуцирует электрическое поле. Поскольку каждый атом состоит из положительных и отрицательных электрических зарядов, неизбежно, что почти все может иметь небольшое электромагнитное поле. Даже сама Земля благодаря механизмам в ядре нашей планеты имеет собственное внутреннее магнитное поле. И это во много раз усугубляется, когда вы смотрите на экспериментальные установки EmDrive и устройств, подобных EmDrive, и видите все токоведущие провода, ведущие к устройству и обратно.
Команда Таймара впервые сделала настройку EmDrive, которая устранила эту потенциальную систематическую ошибку. Есть два класса ошибок, которые могут возникнуть в экспериментальной физике:
- Статистические ошибки, при которых присутствует неопределенность или случайность в том, что вы измеряете. Многочисленные последующие измерения приведут к усреднению ошибки этого типа.
- Систематические ошибки, когда результаты ваших экспериментов изначально необъективны из-за того, как вы настроили свой эксперимент. Каждое измерение, которое вы делаете, будет смещено таким же образом.
Невидимой систематикой было разрешение OPERA для нейтрино со скоростью, превышающей скорость света, и ожидалось, что это будет разрешение и для EmDrive, поскольку другие возможные объяснения были крайне спекулятивными.
Результаты Таймара точно соответствуют объяснению систематической ошибки: при правильно экранированном аппарате, без дополнительных электромагнитных полей, наводимых проводами, тяга не наблюдается ни при какой мощности. Они пришли к выводу, что эти индуцированные электрическими проводами поля, явно присутствующие в других установках, являются вероятными виновниками наблюдаемой необъяснимой тяги:
Наши результаты показывают, что магнитное взаимодействие от недостаточно экранированных кабелей или двигателей является основным фактором, который необходимо учитывать при правильном измерении тяги в мкН для устройств этого типа.
Насколько нам известно, для ракет по-прежнему требуется топливо. EmDrive вовсе не безреактивный привод, и все законы физики должны работать. Короче, мы сами себя обманули.
Наука никогда не кончается, и эта статья, какой бы убедительной она ни была, наверняка не будет последним словом по теме. Многие будут продолжать исследовать его, строить прототипы и искать сигнатуры тяги без какого-либо выхлопа: действие без реакции. Возможно, что при некоторых до сих пор неизвестных условиях закон действия-противодействия нарушается на каком-то уровне. Но EmDrive, вероятно, не тот. Противодействие электромагнитным полям, создаваемым вашими собственными электрическими проводами, не является нарушением принципа действия-противодействия и не может питать космический корабль. EmDrive был объявлен «невозможным» космическим приводом, который казался слишком хорошим, чтобы быть правдой. Проверка требуется всегда, как и полное устранение систематических ошибок. Нас, людей, легко обмануть, но природу обмануть не так-то просто. Похоже, что вечный двигатель, каким он был всегда, до сих пор является нашей несбыточной мечтой.