FUTURYCON

В новом исследовании (A Dyson sphere around a black hole) ученые из Тайваня (Hsiao, Tiger Yu-Yang; Goto, Tomotsugu; Hashimoto, Tetsuya) рассуждают, эффективно ли построение сферы Дайсона вокруг черной дыры.

Они рассматривают шесть источников энергии: (i) космический микроволновый фон, (ii) излучение Хокинга, (iii) аккреционный диск, (iv) аккреция Бонди, (v) корона и (vi) релятивистские струи. Ожидается, что для развития будущих цивилизаций (например, цивилизации типа II) потребуется 4 × 10^26 Вт (1L⊙). Среди (iii) - (vi) наибольшая светимость может быть получена с аккреционного диска, достигая 105L⊙, достаточной для поддержания цивилизации типа II.

Более того, если сфера Дайсона собирает не только электромагнитное излучение, но и другие типы энергии (например, кинетическую энергию) от струй, общая собранная энергия будет примерно в 5 раз больше.

Учитывая излучение сферы Дайсона, расчеты показывают, что сфера Дайсона вокруг черной дыры звездной массы в Млечном Пути (10 кпк от нас) обнаруживается в ультрафиолетовом (10-400 нм), оптическом (400-760 нм) диапазоне. ), ближнего инфракрасного (760 нм − 5 мкм) и среднего инфракрасного (5−40 мкм) длин волн через излучение отходящего тепла с использованием современных телескопов, таких как ультрафиолетовые исследования неба Galaxy Evolution Explorer.

Подгонка модели к наблюдаемому спектральному распределению энергии и измерение изменчивости лучевой скорости может помочь нам идентифицировать эти возможные искусственные структуры.

Если китайские ученые и инженеры все правильно спроектировали и реализовали, то этот состав должен стать самым быстрым регулярным пассажирским поездом на магнитной подушке.

Потенциально новый поезд сможет развивать скорость до 620 км/ч.

Предыдущий рекорд скорости был установлен в 2015 году японским поездом Series L0 (A07), принадлежащим Central Japan Railway Company, и составил 603 км/ч.

Работа над китайским маглев продолжалась 5 лет. Проект стартовал в октябре 2016 года.

Первый тестовый образец был разработан и продемонстрирован в 2019 году.

А в июне 2020 года в Шанхайском университете Тунцзи было успешно реализовано тестовое производство поезда.

И вот примерно через год полноценный экземпляр поезда покинул сборочный конвейер, чтобы устремиться вперед за новыми рекордами скоростей.

Но дело не только в рекордах: ведь скорость, достигаемая поездом на магнитной подушке, сравнима со скоростью самолёта и позволяет составить конкуренцию воздушному транспорту на ближне- и среднемагистральных направлениях (до 1000 км).

Сама идея такого транспорта не нова, экономические и технические ограничения не позволили ей развернуться в полной мере: для общественного использования технология воплощалась всего несколько раз.

Так первую испытательную дорогу Transrapid общей длиной 31,5 км в городе Эмсланде, Германия построила немецкая компания по разработке технологии маглев еще в 1984 году.

А первая публичная система маглев M-Bahn строилась в Берлине в 1980-х годах и 28 августа 1989 года она была запущена в эксплуатацию, соединив 3 станции метро от железнодорожного узла Gleisdreieck до выставочного комплекса на Potsdamer Straße участком длиной 1,6 км.

На данный момент существует 3 основных технологии магнитного подвеса поездов.

Но базовый принцип состоит в том, что удерживаемый над полотном дороги поезд, приводится в движение и управляется силой электромагнитного поля.

Такой состав, в отличие от традиционных поездов и трамваев, в процессе движения не касается поверхности рельса. Так как между поездом и поверхностью полотна существует зазор, трение между ними исключается, и единственной тормозящей силой является аэродинамическое сопротивление.

Среди неоспоримых преимуществ технологии маглев следует отметить то, что:

- она обеспечивает потенциально самую скорость среди всех наземных видов транспорта;

- она очень энергоэффективна (энергия у маглева расходуется в три раза эффективнее, чем у автомобиля и в пять раз — чем у самолёта)

- она позволяет серьезно снижать эксплуатационные затраты за счет уменьшения износа деталей.

Правда есть и минусы, среди которых: необходимость дорогостоящего строительства отдельных от традиционных железнодорожных путей и электромагнитное загрязнение.

Но затраты на создание таких поездов и инфраструктуры для них неуклонно снижаются, а эффективность самой технологии маглев растет.

Особой гордостью создателей нового китайского маглева является то, что эта разработка осуществлена полностью за счет внутренних интеллектуальных и технологических ресурсов Поднебесной.

Сможет ли новый китайский поезд разогнаться до рекордной скорости мы, наверное, узнаем довольно скоро.

Но смысл здесь не только в установлении рекорда. Ведь достижение поездом такой высокой скорости в будущем обеспечит возможность добраться наземным транспортом, например, из Пекина в Шанхай всего 3,5 часа, что намного более удобно, чем проделывать этот маршрут на самолете.

Правда пока для движения таких поездов в стране есть только один 30-ти километровый участок, соединяющий Шанхай с местным аэропортом.

Но официальные власти заявляют, что в стадии строительства находится несколько новых веток для поездов на магнитной подвеске, в том числе одна должна соединить Шанхай и Ханчжоу, а другая - Чэнду и Чунцин.

Подобно сундуку с несметными сокровищами, обнаружение отрицательной материи во Вселенной сделало бы возможными даже самые смелые научно-фантастические идеи. Это сделало бы неустойчивые, быстроменяющиеся червоточины проходимыми, а космические варп- двигатели перемещали бы корабли с людьми через галактики с поразительной скоростью.

Отрицательная материя с ее чистыми сингулярностями способна даже помочь примирить квантовую механику и общую теорию относительности , чтобы создать единую всеобъемлющую, прекрасно сжатую теорию всего . Космические корабли, двигающиеся быстрее скорости света, могут использовать эту материю для создания искусственной гравитации, которая будет обеспечивать путешественников вполне земными условиями во время полетов в далекие миры.

А сами космические корабли, работающие на этой материи - вот что самое невероятное из всего.

Космический двигатель на отрицательной материи не требует рабочей реакционной массы или источника энергии. Тем не менее, он дает кораблю неограниченное ускорение в любом выбранном направлении. Эти двигатели обладают таким же очарованием и недосягаемостью как вечные двигатели. То, что они обеспечивают, - это фантастика, но в отличие от вечных двигателей, которые продолжая работать без каких-либо затрат энергии, являются нарушением наших законов физики, двигатели на отрицательной материи - нет. Научные работы физика Роберта Л. Форварда показывают, что отрицательная материя не только не нарушает наши законы сохранения в отношении количества движения и энергии, но она может в принципе может реально существовать в далеких пустотах Вселенной.

Эти экзотические частицы материи могут быть неуловимыми, но они при этом не запрещены общей теорией относительности. Фактически, сам Эйнштейн, придумав свои эпические уравнения, предположил, что отрицательный аналог положительного (обычного) вещества может существовать. С тех пор отрицательная материя периодически появлялась в научных статьях, а в последнее время стала возможным объяснением как темной материи, так и темной энергии.

Ее идея достаточно проста. Отрицательная материя противоположна привычной положительной материи. У нее отрицательная масса вместо положительной. Положительная материя имеет гравитационное взаимодействие в виде притяжения к объектам вокруг себя, гравитационное поле ее положительной массы притягивает к себе объекты. Гравитационное поле отрицательной массы отталкивает от себя все объекты. Это создает причудливые взаимодействия между положительной материей, силами и отрицательной материей. Если толкнуть объект, сделанный из отрицательной материи, он будет приближаться к вам, а не удаляться от вас. Любая попытка отразить отрицательную массу только привлечет ее. Но именно это дезориентирующее свойство позволяет создать космический двигатель, работающий на негативной материи.

Доктор Форвард назвал это «Нуллор Драйв » (“Nullor Drive” это что-то вроде «несуществующего, отсутствующего двигателя») . Допустим, у нас есть прочный космический корабль цилиндрической формы. В передней части космического корабля будет кольцо, сделанное из положительной материи, а в задней части космического корабля будет кольцо из отрицательной материи. Отрицательная материя отталкивает положительную, в то время как положительная материя притягивает отрицательную материю, вызывая ускорение между двумя кольцами. В отличие от химических ракет, которые мы используем сегодня, «Нуллор Драйв» движется вперед через космос, не выталкивая ничего противоположном направлении. Двигатели отрицательной материи не только приближают нас к скорости света, но, как и в случае с варп-двигателями, они могут позволить нам превзойти ее. Потенциал ускорения… бесконечен.

Чтобы выдержать такое ускорение, «Нуллор Драйв» должен быть разработан так, чтобы кабины с экипажем располагались в зоне с нулевым g , что потребует создания колец из материи с массой около 10¹² тонн. Поскольку кабина будет притягиваться с ускорением в 50g положительной материей и толкаться с ускорением 50g отрицательной материей, эти два ускорения компенсируются и создадут безопасную зону для управления кораблем.

Постоянная компенсация импульса и энергии - вот то, что позволяет отрицательным движущим силам материи существовать без нарушения законов физики. Даже когда объекты с положительной и отрицательной материей движутся с заданной скоростью, их импульс по-прежнему равен нулю, поскольку объект с отрицательной массой имеет отрицательный импульс.

То же самое верно и для кинетической энергии, потому что объект с отрицательной массой имеет отрицательную кинетическую энергию. Поэтому в обоих случаях - импульса и энергии - значения системы равны нулю.

Это сохранение законов количества движения и энергии верно, даже если объекты с положительной и отрицательной массой имеют разные размеры. Однако при этом их поведение меняется. Большие положительные массы в конечном итоге преодолеют отталкивание меньшей отрицательной массы, и два объекта столкнутся. Если бы вместо этого объект с отрицательной массой был больше, расстояние между двумя объектами увеличилось бы и со временем замедлило бы скорость ускорения.

Есть только одна проблема с отрицательной материей. Она является гипотетической. Возможно, да, но пока она не обнаружена ни в одном эксперименте или наблюдении за Вселенной.

Некоторые ученые даже будут возражать против существования отрицательной материи. Это определенно дикая и спорная идея. Несмотря на заявление, появившееся в начале 2017 года о том, что отрицательная материя была создана в ходе эксперимента, на самом деле ученые создали конденсат Бозе-Эйнштейна. Исследователи охлаждали атомы рубидия с помощью лазеров. В этом состоянии жидкость вела себя так, как если бы она имела отрицательную массу, хотя на самом деле это не так. При отталкивании такой рубидий ускоряется в направлении, противоположном ожидаемому.

Но доктор Форвард предположил, что отрицательная материя уже существует. Она обитает в суровых, завораживающих космических пустотах, охватывающих сотни миллионов световых лет в поперечнике. Эти пустоты похожи на «пузыри», где положительная материя собирается на их поверхности и образует необычную галактику или звезду. Эта неравномерная структура Вселенной могла быть связана с образованием частиц отрицательной материи вместе с частицами положительной материи во время Большого взрыва. Пустоты - это жизненное пространство этих выживших объектов отрицательной материи. Они отталкивают друг друга и удерживают на своей поверхности планеты и звезды из положительной материи.

Но даже, если бы частицы отрицательной материи были ближе к нашему космическому дому - возможно, роились в окрестностях Солнечной системы - их все равно было бы трудно обнаружить. В процессе «аннулирования» положительные и отрицательные частицы материи при контакте аннигилируют друг с другом. Это мало чем отличается от взрывной гибели, которая происходит при соприкосновении частиц материи и антивещества . Но аннигиляция в случае положительной и отрицательной массы не приводит к выделению энергии, потому что чистая масса покоя двух частиц равна нулю. Это тихое разрушение. Нет никаких мощных взрывов, свидетельствующих о существовании частиц с отрицательной массой.

Представление об отрицательной материи и массе так же ново, как и многообещающе. Нам еще предстоит найти его во Вселенной. Возможно, это темная эластичная материя, создающая эти устрашающие черные пустоты, или, возможно, она уже незаметно окружает нас, взаимодействуя с положительной материей. Обнаружение любого следа этих своеобразных частиц превратит нашу жизнь в научно-фантастические истории, где герои отправляются в свое прошлое, чтобы навестить себя в молодости и попытаться исправить старые ошибки. В этих историях человечество устремляется к самым далеким звездам на борту сверхсветового космического корабля. В этих историях еще много чего. Потенциал неограничен.

Когда в 2016 году команда из лаборатории НАСА Eagleworks заявила, что замерила тягу от устройства EmDrive, это вызвало настоящий переполох. Но последняя попытка воспроизвести шокирующие результаты привела к простому ответу: предыдущее измерение Eagleworks было связано с нагревом подвески двигателя, а не с какой-либо новой физикой.

EmDrive - относительно простое устройство: это пустая полость, которая не является идеально симметричной. По объяснению адептов технологии EmDrive, отражая электромагнитное излучение внутри, конусная форма полости приводит к чистой тяге двигателя, несмотря на то, что из привода ничего не проистекает. Была надежда, что результат с фиксацией чистой тяги привода EmDrive в 2016 году командой из лаборатории НАСА Eagelworks это начало революции в понимании физики и будущего космических полетов.

Но большинство физиков было настроено скептически. Закон сохранения импульса (количества движения) утверждает, что изначально неподвижный объект не может начать двигаться без действующей на него внешней силы. Эксперимент Eagleworks нарушал этот закон.

Закон сохранения импульса подтверждался бесчисленное количество раз на протяжении веков - фактически, этот принцип лежит в основе почти каждой отдельной теории физики. Поэтому, по сути, почти каждый раз, когда подтверждается какая-либо физика, также проверяется сохранение количества движения.

Результаты эксперимента Eagleworks изначально выглядели не очень надежными. Хотя команда утверждала, что измерила тягу, это не была статистически значимая величина и, по-видимому, она явилась результатом наблюдения случайных колебаний, о которых и сообщили авторы.

Для проверки результатов 2016 года команда из Дрезденского технологического университета под руководством профессора Мартина Таймара переоборудовала экспериментальную установку Eagleworks.

И эта проверка многих разочаровала .

Сообщая о своих результатах на конференции Proceedings of Space Propulsion Conference 2020, профессор Таймар сказал:

«Мы обнаружили, что причиной «тяги» было тепловое воздействие. Для наших тестов мы использовали конфигурацию EmDrive, созданную группой Гарольда Уайта (которая использовалась в лабораториях Eagleworks, потому что она лучше всего задокументированв, и ее результаты опубликованы в Journal of Propulsion and Power).

С помощью новой конструкции измерительной шкалы и измененных точечных опор подвески того же двигателя мы смогли воспроизвести видимые силы тяги, аналогичные тем, которые были измерены командой НАСА, но также [смогли и] заставить их исчезнуть с помощью точечной подвески».

По сути, кажущаяся тяга Eagleworks привода EmDrive возникла из-за нагрева шкалы, которую они использовали для измерения тяги, а не из-за какого-либо движения самого привода.

«Когда мощность поступает на EmDrive, двигатель нагревается. Это также вызывает деформацию крепежных элементов на шкале, в результате чего шкала перемещается к новой нулевой точке. Мы смогли предотвратить это с помощью улучшенной конструкции», - продолжил профессор Таймар.

Его заключение ставит крест на мечтах об EmDrive:

«Наши измерения опровергают все утверждения EmDrive как минимум на 3 порядка».

Но убедит ли это сторонников EmDrive и заставит ли их отказаться от продолжения экспериментов по модернизации этой «невозможной технологии»?

Предложения по внеземным поселениям обычно делятся на две категории. С одной стороны, наиболее обсуждаемы планы заселить поверхности Луны и Марса. Основным недостатком этого сценария является низкая гравитация этих небесных тел, которая вызывает вопросы относительно долгосрочных последствий для здоровья, особенно для детей поселенцев, у которых будут расти мышцы и кости. Кроме того, Луна и Марс имеют площадь поверхности меньшую, чем у Земли, что может затруднить рост численности населения колоний и создать ограничения финансово-экономического характера.

Другая возможность это строительство вращающихся орбитальных поселений.

У них есть то преимущество, что они обеспечивают здоровую искусственную гравитацию в 1g. Но одной из их проблем является сложность коммуникации между отдельными поселениями.

Особенность предлагаемой Янхуненом конструкции в состоит в том, что он предлагает вместо отдельных орбитальных вращающихся спутников построить единый мегаспутник, состоящий из прикрепленных к осевому каркасу множественных вращающихся сред обитания. Это позволит обеспечить сообщение между отдельными средами обитания в сочетании с возможностью роста поселения добавлением новых блоков.

Церера выбрана, так как она обеспечит доставку строительных материалов прямо на месте добычи материалов (в последнее время все чаще употребляться термин "in situ" - "на месте" в контексте строительства внеземных колоний), и потому что в ней есть азот. Азот - необходимый компонент воздуха поселка.

Таким образом поселение будет иметь следующие характеристики:

- Земная радиационная защита.
- Земная атмосфера.
- Искусственная гравитация 1g.
- 24-часовой суточный цикл при инсоляции 130 Вт/кв.м, как на юге Германии.
- Природа, поля, парки, леса.
- Плотность населения 500 человек/кв.км, как в Нидерландах.
-Большой, взаимосвязанный мир.

Янхунен среди преимуществ своего поселения называет:

- Отсутствие неблагоприятной погоды.
- Никаких стихийных бедствий.
- Угроза ударов метеоритов может быть, по крайней мере, уменьшена, ну или, возможно, даже устранены.

В идеале можно выращивать до большей обитаемой площади, чем даже на Земле.

При проработке идеи серьезное внимание доктор Янхунен уделил технологическим аспектам, которые призваны создавать безопасную и комфортную среду мегаспутника. Защитный фильтрующий состав (7600 кг/кв.м), состоящий на 20% из воды и на 80% из силикатного реголита должен обеспечить достаточную радиационную защиту.

На человека в поселении будет приходится 2000 кв.м жилой площади, которая будет поделена на сельскохозяйственную (около 1100 кв.м на чел.) и городскую (около 900 кв.м на чел.).

Гравитация в сельскохозяйственном пространстве составит 1g. Для городского пространства считается допустимой несколько меньшая гравитация, например 0,8 g.

Чтобы иметь возможность выращивать посадки в сельском сегменте глубина почвы составляет 1,5 м, при плотности грунта 1500 кг/куб.м, а масса на единицу площади грунта составит 2250 кг/кв.м. Сельское пространство освещено естественным солнечным светом, средняя дневная инсоляция составляет 130 Вт/кв.м. Городское пространство не имеет почвы и использует искусственное освещение. Высота атмосферы составляет 50 м и 15 м для сельского и городского пространства соответственно.

Солнечный свет концентрируется во вращающейся среде обитания с помощью главного и вторичного зеркал, которые представляют собой цилиндрические параболоиды. Вторичное зеркало находится внутри оболочки среды обитания и вводит свет в световой канал, параллельный оси вращения.

Из светового канала свет направляется для освещения сельской местности через окна.

Чтобы сохранить постоянным временное использование общего количества поступающего солнечного света, сельское пространство разделено на три часовых пояса в вертикальном направлении. Часовые пояса сдвинуты друг относительно друга на ± 8 часов. Общее количество света, получаемого жилым помещением, во времени постоянно. Световой канал имеет регулируемый потолок из (более или менее разнообразного) отражающего материала. Наклон потолка, примыкающего к зоне, определяет уровень солнечного света в зоне.

Городское пространство расположено внутри светового канала и искусственно освещено. Городское и сельское пространство представляют собой концентрические цилиндрические поверхности.

Кроме того, в своем исследовании доктор Янхунен обосновал возможность использования космического лифта для обеспечения мегаспутника сырьем добываемым на Церере.