Невозможный квантовый двигатель, который бросает вызов законам физики, запланирован для космического полета

Спорный новый тип электрической двигательной установки, которая, по словам физиков, бросает вызов законам движения Ньютона, известная как квантовый двигатель, получила место на ракете SpaceX и будет запущен на низкую околоземную орбиту в октябре этого года.

Разработанный компанией IVO Ltd., занимающейся прототипированием электроники, многообещающий, но противоречивый квантовый двигатель может изменить будущее космических путешествий и, если будет доказана его эффективность, потенциально перепишет или расширит многие общепринятые принципы инерции и движения, существовавшие веками.

Ньютоновская физика говорит, что создание инерции без топлива невозможно

Ракеты выбрасывают огромное количество горючего топлива для создания тяги в обычных космических путешествиях.

Эта динамика определяется так называемым ракетным уравнением, которое помогает инженерам и планировщикам миссий точно определить, сколько топлива необходимо для достижения и поддержания орбиты или, в самых амбициозных миссиях, для того, чтобы покинуть гравитационное притяжение Земли и отправиться вглубь Солнечной системы.

В последние десятилетия усилия, направленные на то, чтобы оставить позади громоздкое ракетное уравнение, привели к впечатляющим достижениям, включая ионные двигатели и солнечные паруса.

Тем не менее, все системы, которые люди используют для перемещения транспортных средств в космическом вакууме, должны подчиняться законам движения, впервые установленным Исааком Ньютоном в конце 17 века.

В частности, третий закон движения Ньютона объясняет, что на каждое действие есть равное и противоположное действие. Таким образом, чтобы двигать ракету, спутник или другое транспортное средство в космосе, их нужно продвигать вперед, выбрасывая что-то назад.

Совсем недавно, когда наше понимание физики изменилось, а новые инструменты и оборудование, включая чрезвычайно мощные компьютеры, позволили ученым искать и проверять, казалось бы, невозможные теории, начали появляться новые идеи о перемещении в космическом вакууме.

Одной из таких концепций является идея квантовой инерции (КИ), предложенная физиком Майком Маккалохом, профессором Плимутского университета.

На своем веб-сайте он отмечает, что Первый закон Ньютона определяет инерцию следующим образом: «Объекты движутся по прямым линиям с постоянной скоростью, если их не толкать». Далее Маккаллох говорит, что, хотя Ньютон определяет инерцию в этих простых терминах, гений 17-го века так и не объяснил, что именно представляет собой инерция.

Квантовая инерция впервые объясняет инерцию, комбинируя теорию относительности и квантовую механику.

Согласно теории относительности, движущийся с ускорением объект увидит горизонт Риндлера в направлении, противоположном направлению его вектора ускорения. Это потому, что информация распространяется со скоростью света.
Ускоряющийся объект увидит себя окруженным так называемым излучением Унру. Горизонт расщепляет виртуальные частицы, так что они становятся реальным излучением.
Квантовая инерция объединяет эти два предсказания, говоря, что горизонт гасит (уменьшает) излучение Унру с одной стороны объекта. Возникающий градиент в квантовом вакууме толкает объект обратно против его ускорения, что объясняет инерцию. С практической точки зрения, квантовая инерция также предсказывает, что мы можем получить тягу и энергию из вакуума.

Пытаясь объяснить истинную природу самой инерции, Майкл Маккалох разработал свою теорию КИ, которая ищет ответы в странных и таинственных свойствах квантового мира.

Возможно, неудивительно, что его попытки объяснить инерцию вызвали широкую критику, поскольку его предложение, кажется, бросает вызов законам движения, впервые установленным так много веков назад, законам, которые оказались чрезвычайно надежными как для ученых-ракетчиков, так и для инженеров.

В последние годы компания под названием IVO Ltd. разработала квантовый двигатель, который, по их словам, основан на теории МакКаллоха и доказал свою эффективность в лабораторных испытаниях, несмотря на скептицизм со стороны многих ученых-физиков.

Это означает, что, в отличие от других теоретических приводов, включая спорный EmDrive, предложенный и спроектированный инженером Робертом Шавайером, который еще предстоит проверить, квантовый привод IVO, наконец, получит шанс потерпеть неудачу и доказать правоту традиционных физиков или действительно работать, успешно создавая тягу — результат, который заставил бы физиков по всему миру расширить свои текущие модели и включить в них противоречивые теории Маккаллоха.

Как IVO узнает, был ли их квантовый двигатель успешным?

По словам инженеров, для их реальных испытаний они установили две разные конфигурации своего Quantum Drive на спутник Rogue, обеспечивая резервирование в случае отказа одного двигателя, а также позволяя протестировать две немного разные версии одной и той же концепции.

«Это немного разные конфигурации [и] немного разные уровни мощности», — сказал Ричард Мэнселл, основатель IVO. «Таким образом, мы сможем тестировать отдельные приводы как по отдельности, так и вместе».

Сами испытания будут включать в себя включение двигателей и использование любой фактически созданной тяги для подъема и опускания орбиты спутника Rogue. Любое изменение орбитальной высоты будет измеряться бортовыми датчиками и должно учитываться только их приводом, поскольку спутник Rogue Space Systems является «простым спутником», то есть у него нет собственной двигательной установки, и он может только менять ориентацию, а не высоту.

«Наша цель — поднять орбиту, — сказал Ричард Мэнселл. «Мы хотели бы провести несколько демонстраций. Мы собираемся совершить несколько витков без тяги, чтобы получить базовый набор данных, чтобы мы знали, что такое фоновый шум. А потом мы включим двигатели, квантовые двигатели и поднимем орбиту. Затем цель состоит в том, чтобы понизить орбиту и иметь возможность делать это предсказуемо, вперед и назад, и посмотреть, сможем ли мы изменить наклон орбиты. Это было бы фантастически».

Мэнселл говорит, что наряду с бортовыми датчиками, которые будут измерять любое изменение орбиты, сторонние наблюдатели, не заинтересованные в успехе или неудаче Quantum Drive, подтвердят любые наблюдаемые изменения высоты с земли.

«У нас есть как бортовое оборудование для сбора данных, так и наземные станции, а также сторонние лица и группы, которые будут работать над проверкой этих орбитальных изменений», — пояснил он.

Что может означать успешное испытание квантового двигателя для будущего физики и космических путешествий?

Ричард Мэнселл говорит, что реальная польза заключается в том, что, в отличие от обычных ракет, которые должны перевозить все топливо, которое им когда-либо понадобится с момента запуска, Quantum Drive может использовать солнечные батареи для сбора электроэнергии и преобразования ее в тягу.

Конечно, он также отмечает, что любая генерируемая тяга будет мала (10 миллиньютонов), поэтому ее лучше всего использовать для изменения орбит спутников или для полетов в дальний космос, где устранение необходимости носить с собой топливо может резко изменить расстояния, которые могут преодолевать космические аппараты.

Кроме того, хотя они с энтузиазмом относятся к перспективам успешного испытания своего квантового двигателя, Мэнселл и его команда говорят, что они не верят, что их система обязательно перепишет всю физику как таковую, а вместо этого «расширит наше понимание» инерции, что приведет к расширению проверенных и верных принципов физики, которые могут навсегда изменить будущее космических полетов к лучшему.

«Это не волшебство», — сказал Ричард Мэнселл, подводя итоги возможных результатов положительного теста. «Есть много физики, с которой нам еще предстоит иметь дело. Я думаю, что иногда люди не понимают идею КИ и думают, что мы потенциально сможем генерировать электричество или сможем запускать ракеты с Земли».

«Может быть, кому-то и удастся разобраться в этих вещах, но это не наша цель», — говорит Мэнселл. По сути, он сказал, что есть несколько проблем, возникающих при попытке выйти за рамки законов физики, которые нельзя нарушать, и что вместо создания какой-то «новой физики» он и его команда просто работают над расширением наших существующих знаний в соответствии с существующими физическими константами.

«Дело не столько в том, что мы «сломали физику» и придумали новую физику, сколько в том, что мы расширяем нашу текущую физику, добавляя больше физики, — говорит Мэнселл, — вот над чем должны работать все ученые, а не бояться».