Текст книги "Галактика (СИ) "

Автор книги: Валерий Быков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 18 страниц)

Глава 10: На передовом рубеже науки.

от 16.11.2007.

Директор НАСА прошёл в гигантскую шахту диаметром сорок и высотой сто метров. Здесь уже полным ходом шла сборка каркаса гигантской ракеты. Одной из шести боевых космических станций которые 9 декабря 2007 года будут одновременно запущены и поставлены на боевое дежурство.

–Когда эта махина взлетит.

–Не столь уж ракетоноситель и велик, примерно как аполлон всего лишь.

–210 тонн на орбиту. Семь тысяч тонн на старте. Вывод на геосинхронную орбиту.

–Вы не опасаетесь течек?

–Каких утечек, мы и так объявим обо всём через три недели.

–А если мы ничего не засечём?

–Сомнения…

–Может, мы и не сумеем его засечь, или они вовсе заранее отлетят от планеты подальше, зато моя совесть будет чиста, мы сделали всё что могли.

–Даже больше, последние полтора года напрягали всю планету, чтобы выжать из неё всё что можно.

–Когда шесть лет назад всё только начиналось, даже представить себе было сложно, что мы такого добьёмся.

–Если бы не подготовка к войне с инопланетянами, нас технологический потенциал сегодня был бы много много ниже.

–Но с антивеществом туго, совсем, его не достаточно, совершенно недостаточно, даже для термоядерных мини бомб.

Я вошёл в бункер 12, закрыл дверь и как всегда в последние четыре месяца, уселся за свой суперкомпьютер. И запустил лекцию. "Сегодня мы пройдём элементарную теорию получения и хранения антивещества. Итак, для получения антивещества используются сверхмощные ускорители частиц, в них протоны в вакууме разгоняются до скоростей порядка 30-40 тыс километров в секунду и более, и сталкиваясь с сверхтонкой стенкой производят гибридное вещество. Гибридное вещество состоит из протонов и антипротонов, которые после появления на свет начинают немедленно аннигилировать. Естественно, единственный способ не позволить полученным антипротонам аннигилировать, это разделить их с протонами, да ещё так, чтобы они не касались иного вещества. Второй недостаток гибридного вещества, является то, что после образовании оно движется с колоссальной скоростью, более нескольких тысяч километров в секунду. В следствии чего, единственным способом разделить гибридное вещество до аннигиляции является два сверхмощных потенциала, положительный и отрицательный, один из них притянет к себе протоны, другой антипротоны. В связи с тем, что часть гибридного вещества успевает про аннигилировать, при разделении, и далеко не вся энергия столкновения идёт на создание протонов и антипротонов, большая часть теряется превращаясь в тепло, КПД получения антивещества очень низок, и составляет 0,001% и менее процента. Давайте ближе рассмотрим сам механизм превращения протона, столкнувшегося на высокой скорости со стенкой, что происходит? По сути, протон не выдерживает столкновения на огромной скорости с другими элементарными частицами протонами и нейтронами, и разрушается. Причём разрушается не только разогнанный протон, но и ещё один из тех с которым он столкнулся, или даже несколько элементарных частиц входящих в ядро. Энергию расщепления ядра тут можно даже не учитывать, поскольку она пренебрежимо мала по сравнению с энергией аннигиляции элементарных частиц. Но! Почему тогда образуются протоны и антипротоны? Да по сути, любое вещество образуется из энергии, тогда, когда эта энергия достигает слишком большой плотности, а в данном случае она её достигает. Таким образом образуется вспышка энергии слишком большой плотности, и часть вспышки энергии рекомбинирует обратно в вещество. Причём при этом процессе рекомбинации образуется две элементарных частицы протон и антипротон. Скорее всего даже, образуется одна пра частица, крайне не стабильная и короткоживущая, которая распадается почти мгновенно на антипротон и протон, причём выбросив их друг от друга в разных направлениях. Что возможно обусловлено наличием у пра частицы некоего момента. Таким образом, образуется антивещество и вещество. Причина, почему гибридное вещество имеет некоторое ускорение, направленное по вектору движения изначального протона, заключается в законе сохранения импульса. Рассмотрим этот процесс подробнее: Казалось бы, протон превратился в энергию, по сути свет, во вспышку, но тогда свет должен, на бесконечно малый промежуток скорости набрать С, и таким образом импульс системы аннулируется. Это бы соответствовало идее Эйнштейна о том, что свет всегда имеет максимальную скорость. Но это по видимому не так, свет всегда имеет скорость С, лишь относительно объекта с которого он излучается. А значит часть света вспышки движется по вектору движения протона быстрее С, а часть медленнее, поэтому и при рекомбинации сохраняется импульс. Какие можно сделать выводы из данного анализа? Ну во-первых, чем выше энергия протона, тем сильнее он стукнется о ядро или атом, и тем больше ядер он расщепит. Следовательно, чтобы получить больше антивещества при меньших затратах массы, нужно разогнать протон до наибольшей скорости. Хотя тут актуален ещё иной фактор, а именно, при чрезмерном росте скорости пучка требуется увеличить на него энергозатраты, а во-вторых, разбиение одним протоном более чем одной элементарной частицы может потребовать больше энергии, чем расщепление частиц в пропорции 1 к 1. Следовательно, существует некая оптимальная скорость пучка протонов, наиболее идеальная для реакции. Не больше не меньше. Так же, стоит учитывать, что, тем больший процент энергии рекомбинирует в вещество, чем выше её плотность. А это значит, что имеет смысл использовать для производства антивещества наиболее тяжёлые ядра, либо в пластинке ловящий пучёк, либо для самого иона. (например свинца, пластинки столь малой толщины, чтобы цикл аннигиляция – появление протонов антипротонов происходил один раз) Так же должна быть максимизирована сама плотность ударного пучка. Тогда больший процент энергии будет рекомбинировать в вещество и антивещество, и меньше будет теряться в виде тепла. Теперь рассмотрим второй этап нашего улучшения, как разделить гибридное вещество? Тут всё значительно проще, достаточно лишь максимально увеличить мощь потенциалов разделителей, чтобы разделение прошло как можно быстрее, и как можно меньше частиц успело аннигилировать.

Стоит отметить, что ещё одним оптимальным методом получения антивещества является встречный пучок коллайдера. В нём пучки протонов сталкиваются на встречном курсе и затраты энергии на их разгон много меньше, но зато возникает проблема попадания одним пучком в другой, ведь разгоняемые пучки крайне малы. Данная технология ещё не освоена, и получить антивещество этим способом пока на практике не удалось, но есть надежды, что она будет освоена в далёком будущем лет через 50.

Отдельно стоит рассмотреть ещё один вопрос. А что собственно заставляет протоны веществ сталкиваться, и когда они начинают аннигилировать? Почему например разогнанный до 50 тыс км в секунду пучок не пролетит через вещество как нейтрино, а обязательно аннигилирует? То есть провзаимодействует. Вероятно, непосредственным катализатором процесса аннигиляции является не непосредственное столкновение двух протонов, как это можно увидеть на упрощённой схеме. А слишком быстрое прохождение друг через друга двух положительных зарядов. То есть протону, чтобы он аннигилировал, нужно не врезаться в другой протон, а лишь пройти достаточно близко, на достаточной скорости. И тут даже не имеют такого уж значения сильные ядерные взаимодействия, поскольку если бы они имели значение, и могли захватить пролетающий мимо протон, то тогда бы аннигиляция происходила сама по себе, чего конечно нет.

Теперь перейдём ко второй части лекции. Мы выделили антипротоны, как их поймать? Логично предположить что удержание антипротонов нужно осуществлять в вакууме окружив их отрицательными зарядами от которых они будут постоянно отталкиваться, стремясь к зоне где воздействие зарядов минимизировано, то есть максимально далеко от зарядов где-то в центре нашей камеры хранения антивещества. Вроде бы всё просто. Создал вакуум и готово. Но не совсем. Создать чистый вакуум не возможно, а в грязном вакууме возникнет процесс постепенной аннигиляции столь дорогого и с таким трудом полученного антивещества. Которое почти полностью про аннигилирует в течении нескольких часов. Чтобы избежать этого есть несколько способов, а именно. Стенки ловушки изготавливаются из сверхчистых монокристаллов, с поверхности которых даже почти не ведётся сверх редкого испарения атомов, как это бывает со всеми без исключения веществами. Кроме того остатки газа в вакууме ловушки антивещества, сильно нагревают перед последней откачкой, таким образом достигается более глубокий вакуум.

Из этой лекции можно понять, что антивещество, на которое так уповают правительства военные и многие другие люди, не является столь уж хорошим и оптимальным видом источника энергии на борту космического корабля, напротив, оно очень и очень капризно и небезопасно. Но к несчастью пока является единственным видом топлива, который может обеспечить нас возможностью дальних и сверхдальних космических полётов.

Сама идея получения антивещества в принципе не нова, но станет реально в больших количествах лишь в ближайшее время в связи с ростом возможностей нано технологий, абсолютно необходимых для устройств хранения и преобразования антиматерии. А также только после создания термоядерного реактора, который является единственным, но крайне надёжным источником энергии, способным выделить достаточное количество энергии, для получения антивещества в количестве достаточном для совершения космического полёта. Стоит напомнить, что запасы водорода в солнечной системе крайне велики, и его хватило бы, теоретически на получение даже квадриллионов тонн антивещества, если взять за основу какую-либо из планет газовых гигантов. При требуемых для полётов граммах."

–Ух ужас.

Я отстранился от компьютера, мне требовался перерыв, и это ещё всё без формул, так, для общего понимания сути предмета. Вкратце. Слегка отдохнув, продолжил, за сегодняшний день, я ещё много подобного прошёл, пока не наступил последний час генерации технических идей, как я его сам для себя окрестил. Уж не знаю насколько производителен был мой труд в этой лаборатории, не могу судить поскольку не знаю сколь производительно работают остальные. Надеюсь только настанет когда-нибудь день и час, когда я буду работать целыми днями не в этой серой унылой комнатке, и не знаю даже на какой глубине, а рука об руку с другими людьми. Хотя бы с моей женой Верой.

"Собственно по закону сохранения энергии есть две теории, стандартная, общепринятая, которую вы возможно изучали в школе, гласящая примерно то, что любая энергия имеет массу. И вторая Яна Вице Фриберга, ведущего физика ядерщика лаборатории в Церне выдвинутая им буквально пол года назад. По сути, она в корне отличается от общепринятой, к основным её отличиям относятся:

1) Масса элементарных частиц, протонов, нейтронов и электронов абсолютно неизменна независимо от скорости, и структуры в которую они входят. Пояснения: раньше бытовало мнение, что например при реакции расщепления ядра урана, преодолев сильные взаимодействия, и набрав какую-то скорость, выделив тепло, масса системы должна понизится, что происходит из закона о сохранении массы. На самом же деле есть такое мнение, что масса этих частиц остаётся неизменной, меняется лишь их расположение и структура во вселенной. То есть часть их энергии, представлена не массой а неким взаимодействием. Чтобы понять, что имеется ввиду: представим ситуацию, абсолютный вакуум, где-то между вселенными, в нём на расстояние 2 метра помещено две частицы, имеющие массы протонов. Они под действием силы гравитационной постоянной и собственных масс постепенно сближаются, за счёт притяжения. Меняется ли энергия системы? Без сомнения, нет, потенциальная превращается в кинетическую, но энергия не меняется. Теперь они сблизились, и получили инерцию, и тут внешняя сила останавливает их сближения, полностью абсорбировав кинетическую энергию. Изменится ли энергия системы? Да, она уменьшится, но изменится ли масса? Нет, масса останется не изменой, энергия расположения не имеет массы. Аналогично не имеет массы и энергия расположения нескольких элементарных частиц в ядре атома. Они имеют энергию расположения, близкой по природе энергии тех двух частиц, которые мы рассмотрели, но эта энергия не имеет массы. Поэтому вполне возможно, что масса продуктов реакции расщепления ядра не изменяется.

Кто-то быть может выдвинет противоречащую здравому смыслу теорию, что если бы энергия не имела массы, то её можно было бы запасти неограниченно много? Что ж пусть попробует, наврядли ему получится сконструировать ядро, которое при расщеплении будет выделять энергию большую, чем аннигиляция. Стоит также учитывать, что данная энергия в принципе не может быть больше энергии аннигиляции, просто из-за того что величина энергии аннигиляции прямо связано с пределом гравитационного взаимодействия, см. ниже.

В итоге, кто-то опять может выдвинуть сумасшедшую теорию, что если рекомбинировать вещество из энергии высокой плотности, сразу в тяжёлый атом, потом получить энергию расщепления, и потом аннигилировать полученное, то мы получим из ниоткуда энергию расщепления. Ответ отрицательный, чтобы сделать тяжёлый атом, надо затратить на столько больше энергии, сколько он выделит при расщеплении, (стоит учесть, что не всегда при расщеплении энергия выделяется, при расщеплении маленьких ядер, она поглощается, и наоборот при слиянии выделяется) поскольку при рекомбинации энергии в материю производятся лишь элементарные частицы, а не готовые тяжёлые ядра.

Возникает другой вопрос, неужели тогда при термоядерных реакциях масса не меняется, откуда берётся энергия там. Тут стоит разделить все термоядерные реакции на два типа, а именно термоядерные реакции смены структуры ядра, при которых не происходит изменения самих элементарных частиц. И термоядерные реакции, при которых изменяются сами элементарные частицы, например протон превращается в нейтрон, оба этих типа реакций относят к термоядерным, но их суть принципиально отличается. При первом типе реакций, масса не меняется, при втором, меняется.

Надеюсь, на более простую несостыковку данной теории с действительностью а именно на то, что массы элементарных частиц дробны. Можно объяснит кратко, различие в изотопном составе…"

"… Что такое скорость света и почему эм цэ квадрат, а не эм вэ квадрат пополам? Обычно после аннигиляции свет излучается с равной скоростью во всех направлениях. Представим процесс аннигиляции и выделения энергии упрощённо, в виде двух пучков, один бьёт в лево, другой вправо. Их суммарная мощность (mv^2)/2 + (mv^2)/2 в сумме это и будет (mv^2) при сравнении формулы энергии (mc^2), где v = 300 тысяч км в сек, можно сделать вывод, что по сути скорость света, есть не предел, а просто та скорость на которую хватает энергии вещества при полном преобразовании массы в энергию. Т. е. если бы энергоёмкость массы была выше, скорость света была бы быстрее. Поэтому даже сверхновые звёзды при взрыве не могут превзойти скорость света, у энергии есть конечная масса и энергоёмкость, которая не позволяет ей разогнать себя до скорости выше скорости света. Фотон же, не является элементарной частицей, а является элементарной порцией энергии которая если уж выделилась, должна быть потрачена, только на одно, на нагрев, но греть ей нечего, или набор скорости. Поэтому все элементарные порции энергии, случайно покинув в процессе излучения вещество, всегда тратят всю энергию на набор скорости, в миг своего образования, и потому не могут быть не подвижными. Фотон можно догнать, и лететь с ним рядом, он будет относительно неподвижным, но, дотронувшись до него любое тело не минуемо абсорбирует его, и если излучит, то снова со скоростью света. При этом не произойдёт нарушения закона о сохранении импульса, поскольку крайне малый импульс фотона будет вычтен, из поймавшего его тела. Трудно сказать каковы условия абсорбирования фотона, ясно одно, его можно абсорбировать на скоростях минимум в 2-3 раза превышающих скорость света, иначе бы мы не видели света звёзд навстречу которым мы движемся. При этом стоит отметить, что если два тела, врежутся друг в друга на скоростях выше скорости света, то они пройдут друг сквозь друга подобно нейтрино. При этом в случае, если хотя бы у одного из тел, будет чрезмерно высокая плотность, возможно столкновение друг с другом отдельных атомов и их аннигиляция, что может привести к печальным последствиям, например при попытке пролететь на сверхсветовом звездолёте через звезду, особенно нейтронную. Также при полёте на сверх световом звездолёте через фотосферу звезды, может быть абсорбировано значительное количество фотонов, что приведёт к быстрому нагреву корабля до Т=3000-4000 градусов. Причём сколь бы не был короток по времени контакт с данными фотонами, аппарат неизбежно должен нагреться до температур сопоставимых с теми, через зоны которых он будет пролетать, и нагреется не только его обшивка, но и всё, что внутри.

Но зато, подобный эффект отсутствия гравитационных взаимодействий на сверхсветовых скоростях позволит избежать необходимости наличия у сверхсветового звездолёта толстой и главное тяжёлой брони, способной длительное время отражать попадание атомов водорода и космических частиц. Ведь полёт сквозь галактику на скоростях близких к скорости света или такого порядка, подобен с попыткой полёта в атмосфере земли на скорости 10-12 тысяч километров в час. Потому что, хоть межзвёздный газ и крайне разряжен, но на таких скоростях, даже очень разряженный газ постоянно будет бомбардировать обшивку. И при таких бомбардировках будет происходить не только нагрев обшивки, но и превращение её ядер в другие. Молибден будет превращаться в технеций, титан в ванадий и так далее. Не весь сразу и не мгновенно, но отдельные атомы.

Что указывает на то, что сила гравитационного взаимодействии падает с ростом скорости. Да элементарно то, что с ростом скорости элементарных частиц в ускорителе, наблюдается видимость роста их массы. На самом деле масса не растёт, просто чем быстрее они двигаются, тем слабее воздействует на них поле ускорителя. Аналогично с массой покоя… Масса протона неизменна, и не важно движется он или нет, она абсолютно одинакова всегда, но если он хотя бы с минимальной скоростью движется относительно другого объекта, то это уже говорит о том что сила их гравитационного взаимодействия чуть падает.

Кстати эта теория особенно интересна для расчётов срока жизни вселенной, поскольку в старых стандартных расчётах учитывали лишь массу плотность скорость разлёта вещества после большого взрыва. Считая что вещество одинаково взаимодействует при разных скоростях, но по-видимому это не так, и надо учитывать, что две двигающиеся друг от друга галактики со скоростью 5 тыс километров в секунду, притягиваются друг к другу где-то на процент слабее, чем две другие аналогичной массы и на аналогичном расстоянии неподвижные.

Вопрос о том, увеличивается ли величина гравитационного взаимодействия при сближении двух частиц на больших скоростях или остаётся неизменной, как у частиц покоя, остаётся открытым. Причём возможны варианты, так например два двигающихся друг на встречу другу протона со скоростью близкой к световой, могут притягиваться как на 1% процент сильнее, чем если бы они прибывали в состоянии покоя, так и в миллион раз сильнее. И этот вопрос особенно интересен для тех, кто экспериментирует с получением антивещества на коллайдере, т. к. существует проблема, как попасть одним пучком протонов по другому, и если бы оказалось, что быстро приближающиеся друг к другу тела притягиваются существенно сильнее, чем покоящиеся, то это упростило бы задачу на тему, как попасть одним маленьким протоном в другой. Хотя эффект может оказаться и отрицательным, например протоны на расстоянии метра друг от друга, под действием значительной величины гравитационной постоянной до ускоряются и пролетают друг сквозь друга на скорости выше световой. С другой стороны процесс изменения величины гравитационной постоянной у сближающихся тел, вовсе не обязан быть экспоненциально однонаправленным, он может например расти до какой-то величины, а потом падать. Таким образом, вопрос об устройстве вселенной гораздо сложнее, чем мог даже подумать Эйнштейн, проверка многих свойств будет крайне сложна, и думаю мы ещё долго будем уточнять, или метаться от одной всё более близкой к правде теории к другой.

Даже сейчас нет определённости по тому, какой всё же вид имеет наша вселенная и как мы можем заметить имеют место радикально противоположные по сути теории. Фриберга и поля Хигса, и обе этих теории возможно имеет смысл проверить. Правда, что касается мнения Фриберга, бозоны Хигса, которые часть учёных собирается вот-вот найти с помощью коллайдера, найдены не будут. Однако их находка может впрах разбить теорию Фриберга о всём, что касается его скорости света и заставит пересмотреть очень многое. В любом случае оба результата, дадут данные, на основании которых можно будет лучше понять законы нашей вселенной."

–…У меня вот есть такие опасения, сейчас в 2007ом мы наблюдаем мощнейший парниковый эффект на планете. И это при том, что на солнце сейчас почти нет пятен, и близится минимум солнечной активности, и несмотря на минимум солнечной активности на планете очень тепло. Однако пик минимума солнечной активности придётся на 2011 год, до которого особых проблем не будет, подчеркну ОСОБЫХ. После 2011 года солнечная активность начнёт расти, и я не знаю точно, но к 2015му довольно существенно вырастит, и земля станет получать на несколько процентов тепла больше чем раньше. Быть может это было бы не столь заметно, кабы не наблюдаемый рост тепла из-за парникового эффекта. Тем более, что сейчас идёт быстрое разрушение природных аккумуляторов холода на планете, как то полярные шапки, ледники и вечная мерзлота. У меня есть опасения, что с 2012 на планете станет ещё намного теплее, чем сегодня, если в моих данных нет воздействия пропаганды и неточностей.

–…Таким образом им удалось охладить рабочее тело до 0,8 кельвин. Я не много попутал прошлый раз с объяснением о переохлаждённом водороде. Вот как надо, что если взять переохлаждённый водород, и заставить его расширяться при затвердевании. То есть водород по существу единственное вещество во вселенной, которое может в жидком состоянии при давлении атмосфер 10 иметь большую плотность, чем в твёрдом. Что если заставить твёрдый водород, при кристаллизации расширять что-то, то есть выполнять работу, тогда он будет охлаждаться, и возможно охладит себя до температуры ниже чем +0,8 по кельвин. Охлаждение до сверх низких температур довольно актуально, поскольку было бы интересно, как взаимодействуют например ионы при Т=0,01 кельвина, будут ли они отталкиваться друг от друга? Или как? С какой скоростью и будет ли вообще аннигилировать антивещество…

…Собственно вот о чём я подумал, если антивещество получать дорого и не просто, это проблема. И мы не скоро её решим, кроме того, термический механизм расширения газов также требует высоких температур для достижения больших величин удельных импульсов. И это также большая проблема даже для вольфрам никелевого монокристалла. Но, а что если использовать как топливо и как рабочее тело ионы водорода под огромным давлением в 100-200атмосфер. Работает моя идея так, берётся патрон с ионами и выплёскивается под собственным давлением под которым он был туда закачан скажем ещё на земле в какую-нить трубу. Там ионы засчёт сил магнитного отталкивания друг от друга могут разогнаться, источник силы тот же, что и при отталкивании двух зарядов с плюсом, только тут будут друг от друга отталкиваться ионы водорода. При этом они одновременно будут притягиваться находящимися на конце трубы электронами, между которыми и протонами будет какой-нибудь изолятор не пропускающий электроны, это может быть любое вещество с высоким сопротивлением. И плюс, рекомбинировав протоны и электроны выделят тепловую энергию, и таким образом до разгонят себя. Получится, как бы один двигатель с одним рабочим телом, разгоняемым тремя разными принципами, и удельный импульс будет выше. Ну, быть может, каждый из этих принципов будет работать и по отдельности, или выполнимым окажется хотя бы один из них…

Вот так у меня и проходил каждый день, кто-то бы сказал скука, это же надо столько ботанить! А по-моему это гораздо, гораздо интереснее и полезнее, чем стоять весь день за станком, или работать подсобным рабочим на стройке. Не спорю, кто-то конечно должен и за станком стоять, выполнять и нудную работу, но мне нравилось так.

Я закончил работу, вышел из своей комнатки, и как обычно никого не увидев в коридоре отправился домой к жене.