Источник: Wikimedia
Инженер Центра космических полетов имени Маршалла NASA Дэвид Бёрнс предложил концепцию нового двигателя, который не использует реактивную тягу и, в теории, нарушает закон сохранения импульса. Проект опубликован на сервере NASA для технических отчетов.
В общих чертах проект Бёрнса представляет собой цилиндр с сильным магнитным полем, внутри которого движется кольцо ионов. В одной части цилиндра ускоритель должен разгонять ионы до околосветовой скорости, а в другой — замедлять. При этом ионы ударяются о стенки цилиндра. В классической физике такие удары не приводили бы к росту импульса, однако Бернс обращается к Специальной теории относительности: из-за близости к скорости света масса ионов будет возрастать. В итоге, импульс при ударе с одной стороны будет значительно сильнее и система будет в целом ускоряться.
Бернс предложил модель двигателя с магнитным полем силой 13Т и ускорителем на 160 МВт. По его плану, затраченную энергию можно будет восполнять при замедлении ионов.
Мартин Таймар из Технического университета Дрездена критически оценил идею «невозможного» двигателя:
«Бернс работал над своим дизайном в частном порядке, без какой-либо поддержки со стороны НАСА, и он признает, что его концепция в целом неэффективна. Тем не менее, он предположил, что есть потенциал, чтобы сохранить большую часть энергии, которую ускоритель теряет при нагревании и излучении».
Таймар упомянул, что проект Бернса может столкнуться с проблемами, которые возникали у другого «невозможного» двигателя EmDrive. EmDrive — установка из магнетрона и резонатора, в котором тяга создается благодаря стоячей волне электромагнитных колебаний. Разработки EmDrive ведутся с 1999 года, однако эксперименты до сих пор не дали подтверждения работоспособности двигателя.
«Насколько мне известно, все инерционные двигательные установки никогда не работали в среде без трения… Эта машина использует СТО, в отличие от других, что усложняет картину, но к сожалению, на каждое действие есть противодействие», — уточняет Таймар.
Комментарии (55)
aamonster
16.10.2019 16:47+5ПлакалЪ. "Обойти ограничения закона сохранения импульса с помощью Специальной теории относительности" – при том, что в рамках СТО есть этот самый закон, просто формулы чуть отличаются от ньютоновской механики.
vanxant
16.10.2019 19:41-2не совсем так. Законы сохранения работают только в инерциальных системах отсчёта. А у нас тут заведомо НЕинерциальная (движущаяся ускоренно). И весь смысл системы именно в НЕинерциальности, так что отмахнуться как обычно не получится.
Ну, собственно, результаты симуляции нагрядно показывают степень отклонения от ИСО. Стометровая дура с потреблением 160 МВт даёт тягу 1 Н, т.е. эффект проявляется в 8-9 знаке. Если бы считали используя float, эффект бы вообще не увидели.flerant
16.10.2019 19:54+1Не обязательно переходить в систему отсчёта, связанную с телом, чтобы записать для него закон сохранения импульса. Так что ваш аргумент про НИСО явно мимо.
vanxant
16.10.2019 20:17Неа. Первый постулат как бы говорит нам, что все ИСО эквивалентны, ПОЭТОМУ вы можете что-то там записывать про другие (удаленные) объекты и прикладывать к ним свои локальные законы.
Попробуйте из некой абстрактной ИСО записать законы сохранения ну хотя бы — общеизвестный пример — для Меркурия с его прецессиями.aamonster
16.10.2019 21:27+1Инерциальные эквивалентны.
А законы сохранения работают только в замкнутой системе, так что прецессии Меркурия – только вместе с Солнцем и другими планетами.vanxant
17.10.2019 02:17Справедливости ради, автор этого пепелаца честно говорит, что возможно, импульс уносится излучением, но он не считал.
flerant
16.10.2019 22:10Меркурий движется в искривленном пространстве, так что к нему глобальный ЗСИ закономерно не применим. Здесь пространство всё же плоское
vanxant
17.10.2019 02:15+1Для тела, движущегося ускоренно, более того — неравномерно ускоренного, т.е. излучающего гравволны, глобальный ЗСИ также не применим.
flerant
17.10.2019 09:03Строго говоря, да. Но если можно пренебречь излучением гравволн и эффектом Унру, то ЗСИ вполне выполняется. В обсуждаемой постановке такими слабыми эффектами, конечно же, можно пренебречь.
vanxant
17.10.2019 09:10Для начала неплохо бы посчитать импульс, уносимый электромагнитным излучением, генерируемым при отражении альфа-частиц от стенки на 0,99с.
Что-то мне подсказывает, что тупо фонарик на 165 МВт будет давать сопоставимую тягу.flerant
17.10.2019 09:27Это уже другой вопрос. Конечно же, в ЗСИ надо включать излучение.
На самом деле, я особо не разбирался: по новостным заметкам сложно понять детали, а времени почитать оригинал не было, — но мне кажется, в работе допущена типичная ошибка, связанная с понятием релятивистской массы. Есть такой известный вопрос, на который по легенде неверно отвечали даже академики-неспециалисты: что произойдёт, если релятивистский электрон с релятивистской массой, например, в 1000 раз выше массы покоя, налетит на покоящийся электрон лоб в лоб? Типичный ответ: поскольку он сильно тяжелее, то его энергия почти не изменится, а второй электрон отлетит с большой скоростью. Правильный ответ: они просто обменяются импульсами так же, как и одинаковые нерелятивистские шарики. То есть первый электрон остановится, а второй ускорится до его первоначальной энергии.
sanok
17.10.2019 08:31Прецессия Меркурия не связана с нарушением законов сохранения. Законы сохранения энергии и момент импульса не нарушаются и могут быть легко записаны.
Разве что вектор Лапласа-Рунге-Ленца не является интегралом движения с такой же точностью, как для более далёких планет.
CrazyFizik
18.10.2019 13:14С учётом сил инерции уравнения движения в неинерциальной системе отсчёта ничем не отличаются от уравнений движения в инерциальной. Поэтому все следствия вытекающие из уравнений движения, остаются справедливыми. Для тех кто забыл, могу напомнить, что закон сохранения энергии — это второй интеграл от уравнений движения, а закон сохранения импульса — первый, и они оба, также как и 2 и 3 законы Ньютона будут выполняться в любой системе отсчёта. Законы сохранения в принципе не могут не выполняться. Если не выполняются, значит чего-то забыли и система не является замкнутой.
При этом учтенные силы инерции не отличимы от любых других сил — принцип эквивалентности, который использовался в том числе и при выводе ОТО.
CyberAndrew
16.10.2019 16:49+4Мне кажется, что при торможении/ускорении ионов будут рождаться электромагнитные волны (фотоны), и если посчитать их импульс, то закон сохранения импульса вполне себе будет выполняться. Но в таком случае полезный импульс = импульсу уходящих фотонов. Не проще ли тогда тупо светить лазером, используя его как реактивный двигатель, только вместо вылетающих газов у него будут вылетать фотоны? Кстати, КПД (точнее, отношение тяги к затрачиваемой энергии) такой установки крайне мал. Мы по сути вместо обычного газа преобразуем энергию в вещество и уже пуляем его. Но это все равно шило на мыло, т.к. по формуле e=mc^2 — масса системы все так же будет уменьшаться, как и с обычными реактивными двигателями.
Stepanow
16.10.2019 16:53Лазерная указка на солнечных батареях стремительно приближается к Плутону…
CyberAndrew
16.10.2019 17:07+2А если заменить солнечные батареи на солнечный парус из светоотражающей фольги, то можно лететь к Плутону еще стремительнее :) У солнечных батарей КПД ~15%, у лазера еще сколько-то теряется, а у фольги почти 100%.
chersanya
16.10.2019 19:15Стремительнее, но ненамного — даже просто поглощающая поверхность даёт импульс всего в 2 раза меньше отражающей, а тут и солнечные панели часть отражают, да и лазер светит. Но, конечно, городить это всё смысла нет, когда обычная фольга эффективнее :)
vanxant
16.10.2019 19:43+1Тут ещё надо заметить, что фольгу для космоса научились делать очень тонкую, порядка 0.1 микрона. Т.е. её можно раскатать довольно много по площади на каждый килограмм.
KostaArnorsky
16.10.2019 18:39e=mc^2 годится только для школьных задачек и в общем случае просто неверна. Релятивистские систем нужно считать через тензор энергии-импульса.
CyberAndrew
16.10.2019 18:42+1Ну у меня по сути только школьное образование (неоконченное высшее). А расскажите, какой простейший пример, когда она становится неверной?
vanxant
16.10.2019 19:38Для релятивистских систем как описываемая в статье ТЭИ нужен далеко не всегда. В метрике Минковского (мире без гравитации) метрический тензор имеет вид матрицы с единицами на диагонали (+1 -1 -1 -1 или -1 +1 +1 +1, на вкус и цвет хозяина фломастеров), соответственно при умножении на такую метрику хошь слева хошь справа любые тензоры превращаются в обычные векторы почти из школьного учебника.
tbl
16.10.2019 21:16А это нормально, что для релятивистских частиц, движущихся непрямолинейно и с ускорением, расчеты вели в рамках СТО? Разве не надо было ОТО применять?
Karpion
17.10.2019 04:24ОТО — для гравитационных полей. А тут, вроде, всё посчитано для невесомости.
Shkaff
17.10.2019 09:22А как же принцип эквивалентности?;) Есть ускорение (неотличимо от гравитации) — нужно ОТО, все просто. Другое дело, что может достаточно посчитать на коленке без всяких точных расчетов из ОТО, что оно не работает.
Karpion
18.10.2019 04:33Есть два вида ускорения — прямолинейное и вращательное.
Прямолинейное ускорение эквивалентно равномерному гравитационному полю — ну, можно считать, что в малом объёме гравитация примерно равномерная.
Какой гравитации соответствует вращательное ускорение — я даже не представляю, там дивергенция отрицательная.
В любом случае, переходить от классической механики к более сложной механике (квантовой, СТО или ОТО) надо лишь в том случае, если более «слабая» механика не справляется. А это случается только в том случае, когда эффекты, ради которых придумали более сложную механику — достаточно сильные.
Иными словами, я поправлю свою фразу:
«ОТО — для сильных гравитационных полей.»
Хотя по хорошему — надо было бы пересчитать это всё и в модели ОТО. Иначе получится как в задаче ниже:
Есть два электрически заряженных тела (знак зарядов не важен), закреплённые на концах нити (или жёсткой штанги, если заряды разного знака). Они взаимодействуют с некой электростатической силой.
Теперь я-наблюдатель начинаю двигаться в направлении, перпендикулярном нити. Я вижу, что заряженные тела двигаются (а я — покоюсь; ибо я есть точка отсчёта и мера всех вещей). Движущийся заряд создаёт магнитное поле. Заряд, движущейся в магнитном поле — получает ещё и магнитную силу.
Получается: в разных системах отсчёта — сила взаимодействия заряженных тел разная. Ой, первый закон Ньютона нарушается, а-а-а-а-а!!!
PS: Меня заминусовали, вести диалог крайне сложно — не могу отвечать оперативно.Shkaff
18.10.2019 11:37Да, в целом соглашусь, я более или менее о том и говорил: в идеале надо считать по ОТО (все же там частицы ударяются о стенки, т.е. есть значительное линейное торможение и ускорение). Но на практике там все ломается гораздо раньше, просто если учесть соответствие между массой и энергией и добавить тормозное излучение.
Baigildin
16.10.2019 22:11+5Инженер NASA смоделировал двигатель, который нарушает законы физики
aamonster
16.10.2019 23:40+2Да, ключевая фраза. Смоделировал, т.е. построил модель, опираясь на законы физики. И теперь нарушает те самые законы :-D
Надо проверить источник, что это за "инженер NASA".
DGN
17.10.2019 01:22Может по противопожарной безопасности?
p.s. Еще в одной из статей про EmDrive, была некая выкладка, что если мы имеем нарушение закона сохранения импульса, то у нас есть вечный двигатель.
alexeykuzmin0
17.10.2019 03:29Я так понял, что он смоделировал на основе СТО, и нарушает она глобальный закон сохранения импульса, который в ней, я так понимаю, отсутствует.
Ну типа мы же не удивляемся, когда, например, расчеты задачи многих тел по Ньютону нарушают законы Кеплера, верно?aamonster
17.10.2019 09:59Где отсутствует закон сохранения импульса? В СТО он есть, просто импульс записывается как m*v/sqrt(1-(v/c)?)
Или вы про то, что система не замкнутая (излучение уходит)?alexeykuzmin0
17.10.2019 18:04Я с ОТО перепутал, там нет однородности пространства. Всем извините, а мне нужно больше спать.
Но, насколько я понимаю, ускорение — это почти то же, что гравитация, и у них есть схожие эффекты (например, эффект Унру/излучение Хокинга)
wormball
17.10.2019 00:38Ваш покорный слуга в
детствестуденчестве моделировал молекулы в водном растворе, и они у меня регулярно разлетались с нечеловеческими скоростями. Где я могу получить нобелевскую премию за изобретение взрывчатки, нарушающей законы физики?
Alter2
17.10.2019 05:46На самом деле у человечества уже давно есть технология, позволяющая разгонять космический корабль, расходуя ничтожно малое количество рабочего тела. Это ускорение элементарных частиц электромагнитным полем. Один протон можно разогнать настолько близко к скорости света, что он будет эквивалентен нескольки граммам обычного ракетного топлива, а в теории предела приращению его массы нет. Как знать, может та самая «Oh-my-god particle» — выхлоп подобного двигателя.
alexeykuzmin0
17.10.2019 07:46А энергию на это ускорение откуда брать?
codemafia
17.10.2019 09:51+1Одно слово: уголь.
alexeykuzmin0
17.10.2019 18:05У него плотность энергии не ахти, так что общий запас изменения скорости не будет большим
achekalin
17.10.2019 07:20Видим рождение нового копирайтера, тьфу, "редактора"? Два поста, и этот "шикарный" стиль "большого твита" — вроде начинаешь читать, и тут же понимаешь, что просто цельнотянутое, да ещё и без попыток со своей стороны разобраться и дать картину со всех сторон (т.е. того, что Хабр и хорош в сильных постах).
Nilpferd
17.10.2019 10:47Инженер NASA смоделировал двигатель, который нарушает законы физики (но это не точно)
… да и вообще, не инженер, а бомж Вася, и не двигатель, а бутылку водки, и не смоделировал, а украл, и не законы физики, а уголовный кодекс.Avenger911
17.10.2019 12:08-1Погодите-ка, то есть бомж Вася украл бутылку водки, которая нарушает уголовный кодекс? Что же такое сделала бутылка?
plutonium
17.10.2019 11:02Странно, что в NASA не знают, что масса при увеличении скорости не меняется?
Описание в статье Л. Б. Окуня в журнале «Успехи физических наук» т. 158, вып. 3(7), 1989, стр. 511–530.
Или погуглить:
«Окунь Л.Б. Понятие массы (Масса. Энергия. Относительность)»
vervolk
17.10.2019 11:06+1
Вот это вот, только с ионами и СТО?Akon32
17.10.2019 12:07Похоже на то, осталось только раскрутить мотором на 160МВт.
Тот же emdrive не был настолько похож на известный "вечный" двигатель.
alexeykuzmin0
17.10.2019 18:07+1Но вроде же ОТО разрешает вечные двигатели. Время неоднородно, соответственно, по теореме Нетер энергия не сохраняется. Другой вопрос, что для каких-то заметных отличий будут требоваться огромные искривления пространства, которые мы делать не умеем и вряд ли когда-нибудь научимся
k155la3
18.10.2019 09:42?! Нет, ничего подобного даже близкого к вечным двигателям нет.
«Время неоднородно» если смотреть из иной системы отсчёта, в которой время будет течь иначе. И да, если смотреть из той же системы, то энергия будет тоже меняться. Но что это даст?
Shkaff
17.10.2019 14:08А вот статья от ArsTechnica, где рассказывают, почему это все бред сивой кобылы.
Shkaff
А где же хоть одна ссылка? Разве это статья: никаких деталей, два абзаца общих слов и EmDrive… Фу такие писать.
vanxant
Да хотя бы N+1
nplus1.ru/news/2019/10/15/helical-drive
Bedal
а ещё на голованов-нет, golovanov.net/2019/10/16/3793
И тоже гораздо лучше. Правда с размерами там получается реалистичнее, минимально нужен размер Юпитера.
Shkaff
Только это не про ту же идею:) Пузырь Алькубьерре (по вашей ссылке) в принципе не такой уж бред. Сложно, непонятно, и может не реалистично, но не антифизчная ерунда. А вот в этой статье как раз полная фигня (см. напр. тут).
vanxant
При всем уважении, автор этого опуса лихо свергает придуманные им самим ветряные мельницы.
Хочу посмотреть как он собрался поглощать жесткую гамму от удара альфа частиц с 0.99с об стенку.
Shkaff
Ну да, тут все прекрасно в этом проекте. Кстати, вот там у меня выше по ссылке пишут, что он даже не ученый, а менеджер в NASA.
Bedal
да