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.
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
Новость, всколыхнувшая научную общественность, прозвучала в конце июля. 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. Спорыо 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 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).
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?
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
На 2015 год запланированы 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.
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.
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.
Статья «Двигатель, которого не может быть» впервые опубликована в №11 (145), ноябрь 2014.maxpark.com
Во вторник многие СМИ распространили новость, опубликованную британской Daily Mail: в Китае создан двигатель, работающий без топлива, с помощью которого можно добраться до границ Солнечной системы за несколько месяцев, то есть, покрыть расстояние более 10 миллиардов километров на скорости свыше 300 километров в секунду. И все это – без затрат энергии!
Криптус объясняет простыми словами, почему таким новостям верить нельзя.
EmDrive
Роджер Шоер
Для начала оговоримся, что Daily Mail, несмотря на мировую известность, никак нельзя назвать изданием, где всерьез разбираются в науке. Да, иногда там выходят более или менее грамотные статьи на популярные темы, но для британцев эта газета – классический таблоид. Одного этого уже достаточно, чтобы начать сомневаться в реальности такого двигателя. Справедливости ради, газета в своей публикации использует словосочетание «пропагандистское видео», допуская, что никакого изобретения нет.
EmDrive – «изобретение» не новое. О нем говорят с разной интенсивностью с начала века. В 2001 году его «разработал» американский инженер Роджер Шоер. Технические характеристики с тех пор так и не были раскрыты, да и серьезных рецензий аппарат не получил. Суть устройства состоит в том, что к некоему резонатору, похожему на обычное ведро, подключается мощный источник микроволнового излучения — магнетрон. А вот откуда энергия появляется в самом магнетроне, остается загадкой. Но Шоер утверждает, что EmDrive все же может двигаться, хотя энергия в нем чрезвычайно мала.
Физики сразу же заявили, что это попросту невозможно: при отсутствии направленного излучения EmDrive в лучшем случае должен раскачиваться на месте. Но в различных публикациях об этом чудесном эффекте стали появляться ссылки на специалистов NASA, в том числе, на якобы подготовленный ими «отчет», текст которого был размещен в хранилище Google Drive, а затем опубликован в издании, которое не пользуется широкой известностью в научном мире. В любом случае, NASA не придает серьезного значения этой разработке, равно как и документу, подготовленному несколькими инженерами агентства. Не случайно вся новость Daily Mail построена на видеосюжете китайского телеканала CCTV без единого комментария признанных ученых.
В любом двигателе действует закон сохранения энергии. В самом общем виде он утверждает, механическая энергия не может появиться ниоткуда и точно так же не может никуда исчезнуть. Этот принцип отлично работает, например, в авиации. В EmDrive источника энергии нет в принципе, и магнетрону брать ее негде.
Даже сами создатели говорят о том, что сила в этой установке ничтожно мала. Возможно, дело в какой-то ошибке измерений. Вероятнее всего, экспериментаторы попросту не учли какой-то параметр и получили некорректный результат.
Выводов в истории с EmDrive может быть несколько:
Источник изображения в анонсе: Роджер Шоер
cryptus.world
Новость о нарушающем законы физики китайском двигателе назвал выдумкой представитель РАН. Ведущий научный сотрудник Института космических исследований считает, что вера в работающий без топлива двигатель - самообман.
Опровергли появившуюся в СМИ информации о создании в Китае двигателя, нарушающего законы физики, в Институте космических исследований РАН. В интервью RT ведущий научный сотрудник Натан Эйсмонт заявил, что создание двигателя, который способен самостоятельно генерировать тягу без использования топлива, невозможно.
По словам Эйсмонта, развитие тяги без отброса масс - это из разряда фантастики. Даже люди образованные иногда могут поверить в чудеса, отметил эксперт. Также научный сотрудник института РАН сообщил, что новое заявление - из той же области, что и информация об изобретении вечного двигателя.
Ролик китайского ТВ, в котором показали устройство из магнетрона, генерирующего микроволны, и резонатора, накапливающего энергию их колебаний, публиковал Портал Ura.ru.
Интересно? Жми, чтобы подписаться на сайт в Яндексе
Автор: Диана Ардеева
nation-news.ru
