Создан двигатель работающий без топлива: В Китае создали бестопливный двигатель, нарушающий законы физики – Испытан двигатель, работающий без топлива

Испытан двигатель, работающий без топлива

Идею создания безтопливного двигателя, который работает благодаря генерированию тяги при помощи микроволн, выдвинул Roger Shawyer – исследователь Британии

alt

Перспективная технология создания двигателя, работающего без топлива

Идею создания безтопливного двигателя, который работает благодаря генерированию тяги при помощи микроволн, выдвинул Roger Shawyer – исследователь Британии. Но, как сообщило издание Wired UK тридцать первого июля, в Хьюстонском Космическом Центре Джонсона, где занимаются этой проблемой, выяснили, что подобная система, позволяющая работать двигателю без топлива, вырабатывает в действительности недостаточную тягу, поэтому, чтобы ее использовать для космических полетов, придется инновационную технологию развивать.

Двигатель, на самом деле, не нуждается в топливе, поскольку использует для создания микроволн энергию Солнца.

Satellite Propulsion Research Ltd — компания, которую возглавляет Шоер, уже провела ряд исследований, создав для этого экспериментальный двигатель. Однако, не все специалисты настроены серьезно. Скептики считают, что у двигателя нет будущего, поскольку системой нарушается один из основных законов физики – сохранения импульса. 

Тем не менее, пару лет назад своя система была создана в Китае. Специалисты утверждают, что вырабатываемой ею тяги вполне хватает для питания потенциального спутника.

Позже, свое устройство Cannae Drive создал инженер Guido Fetta из Америки. И оно, по заключению сотрудников NASA, проводивших испытания, может генерировать до пятидесяти микроньютонов тяги. Хотя эти показания, в сравнении с теми, которые предоставили специалисты Китая, составляют всего 0,1%, но они доказывают, что новая технология работает.

В NASA объясняют, что принцип работы системы основан на, так называемом, «обуздании» возникающих и пропадающих субатомных частиц. Здесь намерены проводить дальнейшие исследования, потому что считают новую технологию весьма перспективной.

Двигатель будущего | Журнал Популярная Механика

Реактивные двигатели имеют свои ограничения. С их помощью можно добраться лишь до ближайших планет Солнечной системы — Марса, Венеры, и то крайне медленно, но о достижении других систем даже в пределах нашей Галактики речи не идет. Тому причиной и бешеное количество топлива, необходимое для маневрирования, и износ, и сложность управления. Впрочем, есть другой путь. Очень спорный. Очень подозрительный. Но… вдруг?

Новость, всколыхнувшая научную общественность, прозвучала в конце июля 2014 года. Как утверждали многочисленные таблоиды, NASA одобрило и по итогам испытаний признало работающим двигатель, который совсем не использовал топлива и создавал тягу за счет генерируемых магнетроном микроволн.

Тут же посыпались опровержения и пояснения. Споры о странном силовом агрегате не утихают до сих пор и, видимо, не утихнут до создания полностью рабочей модели или до появления доказательств того, что устройство является мошенничеством. Так или иначе, налицо два факта: нет, специалисты NASA не объявили «волновой» двигатель работающим и не подтвердили, что с его помощью человечество полетит в дальний космос; да, специалисты NASA протестировали устройство и назначили даты новых испытаний. Значит, есть о чем поговорить.

Двигатель на микроволнах

Двигатель EmDrive британский инженер Роджер Шоуэр задумал еще в начале 2000-х годов и создал под его разработку небольшую компанию. Первое явление странного аппарата миру произошло шестью годами позже.

EmDrive представляет собой конусообразный резонатор, на более узком конце которого установлен мощный магнетрон — электронная лампа, генерирующая микроволны. Когда магнетрон работает, микроволны, отражаясь от тщательно рассчитанной формы резонатора, усиливаются от одного конца устройства к другому. По утверждению создателя, благодаря этому возникает едва заметный дисбаланс давлений, который и создает тягу — пусть крошечную, но зато не требующую огромного количества топлива и совершенно безотходную. Иначе концепт называется «резонансным двигателем» (а не «релятивистским», конечно, как не слишком метко обозвала его пресса).

Почему корабль Boeing не долетел до МКС и насколько это плохо

Электромагнитный двигатель Шоуэра

Электромагнитный двигатель Шоуэра По утверждению Шоуэра, магнитные волны, попавшие в резонатор, создают внешнюю тягу. Ни доказать, ни опровергнуть это экспериментально пока не получается.

А вот дальше начинается фантастика. Шоуэр утверждает, что благодаря непосредственному преобразованию электричества в тягу не происходит потери момента импульса, каковая неизбежно имела бы место при наличии промежуточных звеньев. И при этом двигатель будто бы не нарушает законов Ньютона. Звучит странно. Вообще-то любые электромагнитные волны имеют момент, и построить на этом принципе ракету можно, только вот сделано это задолго до Шоуэра, и эффективность такой системы практически равна нулю.

Волны Шоуэра заперты внутри резонатора — как он может передавать энергию внешнему устройству? Представьте себе радиоуправляемый вертолетик, к которому прикреплена коробка. Он взлетит и поднимет коробку. А теперь закрепите его внутри коробки, запустите и закройте крышку. Никакого полета не будет. Или другой вариант: представьте, что вы толкаете автомобиль, сидя внутри. Примерно так выглядит идея Шоуэра. Но британский департамент торговли и промышленности выделил инженеру грант, а NASA провела испытания как EmDrive Шоуэра, так и аналогичной системы, разработанной американским инженером Гвидо Феттой. Происходит что-то странное, но что?


Русская «Гравицапа»

Попытки построить движитель без расходования рабочего тела, то есть, по сути, без топлива, предпринимались и раньше. Известной псевдонаучной историей было создание и испытание четыре года назад устройства, прозванного в научных кругах «гравицапой», а полуофициально называвшегося гравитационным двигателем. Инициатором его создания стал физик Спартак Поляков, а разработчиком — заместитель генерального директора ГКЦ имени М.В. Хруничева Валерий Меньшиков.

В прессе в связи с появлением «гравицапы» поднялся значительный шум, а Меньшиков получил средства не только на разработку бестопливного движителя (о принципе работы которого не распространялся вообще), но и на испытательный запуск его в космос. Испытания состоялись на борту спутника «Юбилейный» в 2010 году — планировалось включить «гравицапу» суммарно на 207 секунд и отклонить спутник на 1 км. Но результат, как и следовало ожидать, оказался отрицательным. Комиссия РАН по борьбе с лженаукой по итогам испытаний добилась остановки финансирования псевдонаучного проекта, и о «гравицапе» с тех пор ничего не слышно.

Подозрительные испытания

Первая «ласточка», обозначившая научный интерес к EmDrive, пролетела в 2012 году, когда китайская команда, заинтересовавшаяся разработкой Шоуэра, построила собственный двигатель по такому же принципу и объявила, что в ходе испытаний получена тяга порядка 72 г. Этого, к слову, достаточно, чтобы приводить в движение небольшой испытательный спутник.

Электромагнитный двигатель Шоуэра Первый полноразмерный экземпляр EmDrive был изготовлен в мае 2010 года. Выглядит он как деталь парохода из романа в стиле стимпанк — эта ассоциация возникает из-за использования меди в качестве основного материала.

Параллельно аналогичное устройство представил американский разработчик Гвидо Фетта. Но после тестирования обеих систем специалисты NASA во главе с Гарольдом Уайтом выпустили официальный документ — тот самый, что поверг мировую общественность в шок. Озаглавлен он так: «Аномальное создание тяги с помощью опытного резонансного устройства». Да, в заголовке действительно есть слово «аномальный». Испытания показали следующие результаты: для CannaeDrive при частоте микроволн примерно 935 МГц была получена тяга около 30−50 мН (3−5 г), а для EmDrive при частоте 1933 МГц и напряжении 17 В тяга составила 91 мН. Испытания заняли восемь дней, шесть из них ушли на настройку и проверку оборудования, а два — непосредственно на замеры. Прибором для измерения послужил крутильный маятник, точнейшее из возможных устройств для подобных исследований, а проводили замеры в вакуумной камере, в которой обычно рассчитывают тягу ионных двигателей. Теоретическая мощность космического двигателя, основанного на этой технологии, может составлять до 0,4 Н на 1 кВт. Это позволяет в будущем построить корабль для полета на Марс — при наличии 2-мегаваттного реактора двигатель может создавать тягу в 800 Н, приводя в движение 90-тонный космический корабль, причем вся миссия с учетом 70-дневного пребывания на Красной планете займет всего восемь месяцев. Будущее уже здесь? Видимо, пока нет.

Электромагнитный двигатель Шоуэра

Здоровый скептицизм

Что же смущает скептиков в этих исследованиях? Во‑первых, подозрительное научное обоснование. Трудно поверить, но и Шоуэр, и китайская группа, и лаборатория NASA объясняют наличие тяги совершенно по‑разному! Причем ни одно объяснение толком не соотносится с современной наукой.


Варп-двигатели

Электромагнитный двигатель Шоуэра

Одно из основных направлений деятельности лаборатории Eagleworks — исследование возможности создания варп-двигателей. Варп-двигатель — это гипотетическое устройство, которое, основываясь на искривлениях пространства-времени, способно перемещать космический корабль со скоростью, превышающей световую. Наиболее известен эксперимент лаборатории с интерферометром Уайта-Джудея. В ходе эксперимента сравниваются фазы двух лазерных лучей, один из которых прямой, а второй теоретически проходит через область искривления пространства, созданную тороидальным устройством разработки того же Уайта. Правда, к варп-двигателям лаборатория пока не приблизилась ни на шаг.

Да, с теорией плоховато. Но ведь результаты, показанные на серьезных тестах, казалось бы, налицо. Дело в том, что тут тоже не все просто. Говорить об «одобрении NASA» в полной мере нельзя, потому что в этой организации 18 000 сотрудников и сотни подразделений. Испытания же проводило подразделение Eagleworks Labs, состоящее из пяти человек и специализирующееся на нестандартных движителях, — то есть эта лаборатория в разное время испытывала даже вечные двигатели! Да и руководитель лаборатории Уайт известен своими неортодоксальными научными идеями и стремлением совершить прорыв в физике любой ценой. Поэтому корректной, а не «желтой» формулировкой была бы следующая: «Экспериментальная лаборатория провела предварительные исследования резонансного двигателя». Не более того.

Электромагнитный двигатель Шоуэра

Во-вторых, смущает и то, что даже в отчете NASA многовато белых пятен. Из отчета не очень понятно, какая часть исследований проводилась в вакууме, а какая — в атмосфере. Есть также и странные пассажи, например такой: «Тяга наблюдалась с обеих сторон устройства, в том числе и с той, где мы не ожидали ее зафиксировать». Это означает, что двигатель работает при правильной установке и… при неправильной тоже. А если его вверх ногами перевернуть, он тоже будет работать?

Наконец, исследователи совершенно серьезно применяют термин «реактивная передача импульса через квантовый вакуум виртуальной плазмы», который не соотносится с современной физикой никоим образом. Потому что никакого «квантового вакуума виртуальной плазмы» не существует. В американских научных кругах применение такой терминологии называют эффектом «Стартрека», вспоминая легендарный научно-фантастический сериал «Звездный путь», сценарий которого пестрил псевдонаучными объяснениями различных технологий.

Электромагнитный двигатель Шоуэра

Борьба с лженаукой

От других подозрительных или откровенно псевдонаучных проектов и EmDrive Шоуэра, и CannaeDrive Фетты отличает одно: принцип работы озвучен, чертежи открыты, и любая лаборатория в мире может при желании построить аналог и испытать его (как и поступили китайцы). Зачем трем независимым и достаточно авторитетным группам исследователей в разное время объявлять об успехе проекта, если этот проект мошеннический?

На самом деле в современной теоретической физике множество белых пятен, и ученые этого не скрывают. Мы не знаем очень многого, в том числе связанного и с фундаментальными, основополагающими законами. Проблема в том, что «закрытие» этих пятен маленькими частными лабораториями маловероятно, зато информационная шумиха вокруг их работ может помешать более надежным научным изысканиям. Впрочем, наиболее вероятное объяснение полученных NASA результатов — это ошибка при исследованиях. Крутильный маятник — сверхчувствительный прибор, и он мог зафиксировать тягу, возникающую, например, при термальном расширении или сжатии устройства.

Электромагнитный двигатель Шоуэра

Работа продолжается

В EmDrive слишком много неясного, чтобы списывать этот двигатель со счетов. Исследователи пока не смогли доказать ни его несостоятельности, ни его работоспособности. Истина, как говорится, где-то рядом.

В 2015—2017 годах проводятся независимые тесты системы в одном из крупнейших исследовательских центров NASA, кливлендском Glenn Research Center. Там систему будут испытывать по схожей с Eagleworks Labs методике. Затем последуют испытания в лаборатории реактивного движения NASA близ Лос-Анджелеса. Наконец, в очередь на исследование встала еще одна группа независимых экспертов — лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (Балтимор), причем они будут использовать не крутильный маятник, а крутильные весы Кавендиша, то есть другой прибор.

Все это говорит о том, что уже к концу следующего года мы будем точно знать, является ли идея Шоуэра космическим прорывом или очередным псевдонаучным безумием. Мы искренне болеем за первое. Но счет, кажется, в пользу второго.

Статья «Двигатель, которого не может быть» опубликована в журнале «Популярная механика» (№11, Ноябрь 2014).

Двигатель без топлива: ученые опровергают законы физики | Futurist

Автор: Александра Алборова |  26 апреля 2016, 11:45

EmDrive – это гипотетическая двигательная установка для космических аппаратов, принцип действия которой противоречит фундаментальным законам физики. Однако ученый из Великобритании попытался объяснить её действие. «Футурист» разбирался, каковы шансы получить двигатель, не требующий топлива.

Новые споры по поводу теоретической двигательной установки для космических аппаратов были вызваны теорией, которую представил профессор из Великобритании Майк МакКаллок, предложивший связь необъяснимо возникающей тяги и эффекта Урну – теплового излучения ускоряющихся тел.

Профессор Плимутского университета в Англии Майк МакКаллок (Mike McCulloch) представил теорию, которая сможет объяснить способ работы EmDrive – спорной двигательной установки для космических аппаратов.

Для начала попытаемся объяснить суть феномена в нескольких словах: EmDrive может стать именно тем двигателем, который позволит нам исследовать космическое пространство намного более эффективно, чем мы можем себе представить.

Теоретически, он работает благодаря генерации микроволн – от энергии их колебаний образуется тяга, которая и становится движущей энергией. Однако процесс сложнее, чем просто переход одного вида энергии в другой. Во время движения устройства суммарный импульс только увеличивается. Несмотря на немыслимость подобного с точки зрения законов сохранения импульса, несколько групп исследователей по всему миру провели собственные тесты EmDrive и все-таки смогли наблюдать образование тяги, хоть и в минимальном количестве.

Увы, мы не знаем, откуда именно берется этот увеличивающийся импульс, и критики теории вполне логично заявляют, что подобные предположения – нарушение законов фундаментальной физики, которые управляют нашей Вселенной, а также, что образуемая энергия может быть ложным следствием других эффектов.

Космический транспорт будущего: смогут ли ученые подтвердить теорию двигателя без топлива

Новая теория основывается на идеях инерции и того, как двигаются объекты под воздействием очень малых ускорений. Теория связана с эффектом Унру, предполагающим что ускоряющийся объект наблюдает тепловое излучение вокруг себя. Согласно теории МакКаллока, инерция – это давление радиации Унру на ускоряющееся тело.

«При крайне малых ускорениях длины волн излучения Унру увеличиваются настолько, что бывают уже не в состоянии ограничиться наблюдаемой Вселенной. Когда это происходит, инерция может принять только определенное значение длины волны, и потому переходит с одного значения на другое,» – говорят в Массачусетском технологическом институте (MIT).

Таким образом, инерция фотонов в EmDrive должна измениться по мере того, как они прыгают взад-вперед. Поэтому это приводит к образованию тяги для сохранения импульса.

Космический транспорт будущего: смогут ли ученые подтвердить теорию двигателя без топлива

Астрофизик Технологического института Рочестера Брайан Коберлейн (Brian Koberlein) подытожил, что фактически эффект Унру означает, что ускоряющийся объект должен наблюдать тепловой фон за счет квантовых колебаний этого фона.

«Расчет эффекта Унру прост и не вызывает споров. Излучение Унру – это идея, что обнаружение этого теплового фона может вызвать излучение реальных частиц. Другими словами, вы можете создать реальное излучение «из вакуума». Таким образом, они утверждают, что излучение Унру реально и является причиной эффекта EM».

Конечно, нельзя с уверенностью говорить о верности данного решения – многие пытались объяснить эффект EmDrive, однако никто не смог предоставить исчерпывающий ответ. Хотя теория Мак Каллокак опирается на относительно давние теоретические идеи, он применяет их в довольно нетрадиционном ключе.

Коберлейн добавляет:

«Самая главная проблема – это то, что до сих пор все результаты, полученные в ходе опытов, настолько малы, что причиной им может стать множество факторов. Хотя они пока не были обнаружены».

Понравилась статья?

Поделись с друзьями!

  Поделиться 0   Поделиться 0   Твитнуть 0

Подпишись на еженедельную рассылку

В NASA протестировали двигатель, работающий без топлива и опровергающий законы физики

Эксперты NASA успешно испытали двигатель EmDrive, над которым больше 10 лет сменялись ученые. Принцип работы этого двигателя нарушает фундаментальные законы физики, но необъяснимым образом он работает, кардинально меняя перспективы освоении космосаNASA давно ищет возможности для прорыва в области космических путешествий. EmDrive может сделать миссии по освоению дальнего космоса значительно более реальными ВСЕ ФОТО NASA давно ищет возможности для прорыва в области космических путешествий. EmDrive может сделать миссии по освоению дальнего космоса значительно более реальными Эксперты NASA успешно испытали двигатель EmDrive, над которым больше 10 лет сменялись ученые. Принцип работы этого двигателя нарушает фундаментальные законы физики, но необъяснимым образом он работает, кардинально меняя перспективы освоении космоса
emdrive.com NASA давно ищет возможности для прорыва в области космических путешествий. EmDrive может сделать миссии по освоению дальнего космоса значительно более реальными
emdrive.com Издание полагает, что в EmDrive заложена концепция, которая может изменить будущее космических полетов
Global Look Press

Эксперты NASA успешно испытали двигатель EmDrive, над которым больше 10 лет смеялись ученые. Принцип работы этого двигателя нарушает фундаментальные законы физики, но необъяснимым образом он работает, кардинально меняя перспективы освоения космоса.

Двигатель EmDrive был изобретен британцем Рождером Шоером и не нуждается в топливе, поскольку в нем используется энергия микроволн. Первая экспериментальная модель была построена еще в 2003 году, тогда устройство дало тягу 16 миллиньютонов. Над изобретателем продолжали смеяться даже тогда, когда эксперимент в 2009 году успешно повторила группа китайских исследователей. Теперь отчет об испытаниях опубликован на сайте NASA.

В статье американских исследователей, работавших под руководством доктора Гарольда Уайта из космического центра Линдона Джонсона, описаны восемь дней августа 2013 года, в течение которых была продемонстрирована жизнеспособность невероятной идеи. Как поясняет Hi-News, двигатель Шоера генерирует тягу путем колебаний микроволн вокруг вакуумного контейнера. Электричество, необходимое для создания микроволн, добывается с помощью солнечного света. Таким образом, устройство не требует использования топлива и фактически может работать вечно, до момента механической поломки.

Портал Gizmodo поясняет, что идея такого двигателя кажется бредовой, а в теории он просто не должен работать. Тем не менее испытания подтвердили жизнеспособность идеи.

«Тестовые испытания показали, что уникальная конструкция микроволнового двигателя действительно позволяет создавать силу, которую невозможно описать с классической точки зрения электромагнетического явления, и все же установка предполагает взаимодействие с квантовым вакуумом виртуальной плазмы», — говорится в представленном NASA отчете. Замеры показали наличие тяги в 30-50 миллиньютонов.

Как поясняет Gizmodo, идея этого двигателя противоречит основным принципам закона о сохранении импульса. Теоретически можно было бы допустить, что двигатель работает из-за того, что при конструировании была допущена ошибка, однако модель тестировали две независимые команды исследователей. А в недалеком будущем идею наверняка захотят проверить российские и европейские ученые.

The Guardian Liberty Voice напоминает, что NASA давно ищет возможности для прорыва в области космических путешествий. EmDrive может сделать миссии по освоению дальнего космоса значительно более реальными.

До сих пор космические разработки опирались на законы Исаака Ньютона, которые говорят о том, что даже при бесконечном использовании солнечных батарей для приведения в движение космических аппаратов потребуется топливо. Известны многочисленные попытки обойти это требование, в том числе эксперименты с антигравитацией и сверхпроводниками. Все эти эксперименты не удались и стали источником насмешек в научном мире. Принципиально новый двигатель Шоера основан на специальной теории относительности Энштейна и принципах движения импульсов света.

Издание полагает, что в EmDrive заложена концепция, которая может изменить будущее космических полетов.

невозможный двигатель из КНР не противоречит законам физики и действительно может работать без топлива

Новый двигатель облегчит работу спутниковФото: кадр видео CNN

Доктор физико-математических наук, сотрудник Российской академии наук Георгий Малинецкий опроверг нарушение законов физики двигателем EmDrive для космической техники, который в ближайшее время начнут испытывать китайские ученые. «Этот двигатель не расходует рабочее тело, он имеет дело с полем, поэтому для него не нужно ракетное топливо везти на орбиту. В таком смысле это крайне заманчивая идея», — подчеркнул Малинецкий.

По мнению ученого, многие люди до сих пор думают, что работа двигателя связана со сгоранием и движением. Однако со времен XIX столетия многое изменилось, так как появилась квантовая механика и квантовая теория поля. Исследователи выяснили, что фотон имеет импульс и энергию. Действие нового китайского двигателя связано с превращением энергии электромагнитного поля в энергию движения, пишет «Национальная служба новостей».

Малинецкий заявил, что нарушений законов в работе нового двигателя нет. Здесь теперь все зависит от инженеров, которые могут в рамках использования квантовой механики воплотить это в реальных конструкциях. Особую ценность новый двигатель, по словам ученого, представляет для космонавтики.

Ранее «URA.RU» писало, что новый двигатель представляет собой металлический усеченный конус и магнетрон, создающий микроволны, энергию которых накапливает резонатор. При этом система не испытывает внешнего воздействия, используя для создания тяги электромагнитные поля. Финские физики предположили, что работает «невозможный двигатель» на основе инерции фотонов, возникающих из-за эффекта Унру, что позволяет избавиться от тяжеловесных контейнеров с топливом.

Отметим, что в России пока не были озвучены работы в данном направлении.

EM Drive — космический двигатель без топлива действительно работает

Спустя месяцы спекуляций и годы ожиданий научная работа NASA в области космического двигателя нового поколения — EM Drive, прошла рецензию со стороны ученых и была опубликована. Согласно исследованию, «невозможная» система ускорения действительно работает.

EM Drive, также известен как просто Электромагнитный Двигатель, является системой ускорения для космоса, предложенной еще в 1999 году изобретателем Роджером Шойером. Вместо использования тяжелого топлива, EM Drive генерирует микроволны, отражаемые внутри металлической камеры с отверстием, генерируя ускорение. 

По вычислениями изобретателя, EM Drive может быть настолько эффективным, что при помощи него на Марс можно долететь всего за 70 дней.

Проблема EM Drive в том, что он игнорирует третий закон Ньютона, гласящий, что каждое действие имеет равную обратную реакцию. Согласно закону, чтобы система создавала ускорение, то она должна выбрасывать что-то. EM Drive игнорирует Ньютона и уже на протяжении нескольких тестов успешно подтверждает свою реальность. 

В прошлом году лаборатория Eagleworks при NASA заполучила EM Drive, чтобы попытаться выяснить, что за магия происходит внутри. И теперь у них есть результаты. 

На этой неделе была опубликована отрецензированная работа «Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio-Frequency Cavity in Vacuum». Согласно этому исследованию двигатель производит 1.2 миллиньютона ускорения в вакууме на киловатт. Это очень мало по сравнению с топливными ускорителями. Но необходимо учитывать, что команда не оптимизировала двигатель и не пыталась сделать его мощнее. Цель исследования заключалась в проверке, работает ли этот футуристический двигатель или нет. 

Что касается того, как работает EM Drive, то тут все сложнее, так как пока не существует конкретной модели, описывающей подобное ускорение. Одна из рабочих гипотез основана на теория волны-пилота. Прежде чем устанавливать подобные двигатели на корабли к Марсу, ученым предстоит еще поломать голову над тем, что же именно заставляет объект двигаться, хотя он не прикладывает к движению никакого ускорения. 

Следующий шаг — протестировать EM Drive в космосе, что должно произойти в скором времени. 

Информационный двигатель: Без топлива | Журнал Популярная Механика

Ученые заставили наноразмерный объект карабкаться вверх по лестнице, в качестве источника энергии используя… информацию.

Соорудите крохотную молекулярную лестницу, стабилизируйте ее во внешнем электромагнитном поле, колеблющемся с частотой 1 МГц. Поместите на ступеньку крохотную (меньше 300 нм в диаметре) сферу из полистирола — обычного пластика, из которого делают баночки для йогуртов. Если сфера будет достаточно мала, она будет колебаться под ударами хаотично движущихся окружающих молекул. Как правило, в результате сфера будет падать на ступеньку вниз, хотя в некоторых случаях воздействие сможет перебрасывать ее на верхнюю ступеньку. Теперь начинается главное.

Внимательно следите за сферой с помощью видеокамеры (с частотой 1,1 мс и выдержкой 0,3 мс). Каждый раз, когда она будет подниматься вверх, слегка меняйте характеристики внешнего поля, так, чтобы создавать сфере препятствие для спуска. Упрощенно говоря, одна ориентация поля позволяет сфере двигаться с нечетной ступеньки на четную, а другая — с четной на нечетную. Просто меняя эту ориентацию, можно «подсказывать» сфере направление движения. Повторяйте это раз за разом — и сфера будет подниматься по лестнице под действием броуновского движения, не требуя никакого собственного двигателя и, соответственно, источника энергии.

Такой эксперимент продемонстрировали токийские ученые во главе с Шоичи Тоябе (Shoichi Toyabe). Сфера действительно поднималась вверх, словно поглощая энергию окружающих молекул. Казалось бы, это нарушает Второе начало термодинамики, запрещающее передачу тепла (энергии движения частиц) от более холодного тела к более горячему — иначе говоря, постулирующее неубывание энтропии в замкнутой системе. Но если разобраться в вопросе повнимательней, это не совсем так.

Построенная японцами система, на самом деле, представляет собой реализацию знаменитого мысленного эксперимента с демоном Максвелла. Возьмем наполненный газом сосуд, разделенный перегородкой. В ней имеется отверстие, а у отверстия сидит демон, умозрительное устройство, которое позволяет пролетать быстрым молекулам горячего газа только в одном направлении, а медленным молекулам холодного газа — только другом. Через некоторое время работы демона все «горячие» молекулы окажутся в одной половине сосуде, а «холодные» — в другой.

Как брекеты выпрямляют зубы: ускоренное видео

Казалось бы, это позволяет нагреть одну половину сосуда и охладить другую, что приведет к понижению энтропии в системе. Только за счет собственного движения молекулы разделятся на «горячие» и «холодные». Но парадокса здесь нет: на самом деле, система не замкнута, поскольку для работы демона ему придется проводить замеры скорости движения отдельных молекул. А это требует передавать ему энергию извне, которая и способна обеспечить убывание энтропии.

Оригинальную модификацию этого эксперимента в 1920-х предложил крупный физик и соратник Эйнштейна Лео Силард. Представим, что сосуд представляет собой цилиндр, с двух сторон закрытый подвижными поршнями. Он по-прежнему разделен перегородкой, которую сторожит демон, но внутри сосуда имеется всего одна молекула. Получается т.н. «машина Силарда».

Пусть демон закроет перегородку; молекула, соответственно, окажется запертой в одной из половин цилиндрического сосуда. Теперь демон давит на поршень второй половины: раз там нет ни одной молекулы, для этого нам не потребуется энергии вовсе (напомним, что эксперимент мысленный, и сам поршень в расчет мы не принимаем). После того как он снова откроет перегородку, давление молекулы станет возвращать этот поршень обратно. При этом работа совершается — казалось бы, мы снова пришли к нарушению термодинамических законов…

Но Силард сам предложил разрешение этого парадокса. Дело в том, что для того, чтобы узнать, в какой из половин сосуда оказалась молекула — и, соответственно, на какой поршень давить — демону нужна информация. В данном случае, всего один бит, но этот бит все меняет. Получение информации в любом случае либо нарушает замкнутость системы (ее можно подать извне), либо требует затрат энергии самим демоном (впрочем, и энергию можно подать извне). Первый вариант нам интересен в данном случае.

Вернувшись к нашей лестнице и полистироловой сфере, заметим, что, поднимаясь вверх, сфера не получает извне энергии ни в виде тепла, ни в какой иной обычной форме. Вместо этого энергия передается в виде информации. И уже эта информация оказывается внутри системы энергией, движущей сферу по лестнице. Если говорить «журналистским языком», японцам впервые удалось создать «информационный двигатель».

Опять же, никакого нарушения незыблемых законов термодинамики тут не происходит. Система не замкнута лестницей, сферой и броуновским движением окружающих молекул. Для полного энергетического бюджета придется принять во внимание, скажем, работающую видеокамеру, генератор электромагнитного поля, да и компьютер, контролирующий весь процесс. Но дело не в этом.

Технически система демонстрирует совершенно уникальное решение для управления движением наноразмерных объектов, потенциал которого огромен. Вполне вероятно, что именно таким способом — информационным — в будущем мы будем контролировать перемещение нанороботов, скажем, в нашем организме, чтобы те занимались его «починкой». Конечно, до этого момента еще далеко, для начала надо как-то отказаться от следящей за объектом камеры и найти другой способ получать информацию о его положении. Но первый шаг — налицо.

Читайте также наше популярное введение в нанотехнологии: «Десять в минус девятой».

По публикации physics arXiv blog

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о