По информации Американского института аэронавтики и астронавтики, издающего журнал Journal of Propulsion and Power, туда принята статья, посвящённая электромагнитным двигателям EmDrive. Больше того, она даже уже прошла учёных-рецензентов, и её опубликуют до конца этого года. Назовём вещи своими именами: эта новость звучит так же, как если бы институт объявил о том, что Земля таки налетела на небесную ось. Сам факт такой публикации является громким скандалом, и вот почему.

Законы физики беспощадны — чтобы что-то двигалось вперёд, оно должно что-то оттолкнуть назад. Мы отталкиваемся от почвы под ногами, космические корабли — за отсутствием "небесной тверди" — отбрасывают назад топливо. Из-за этого путешествие к Луне пока требует сотен тонн топлива на человека. При таком раскладе про полёты к более дальним телам даже думать страшно. Доставка одного корабля на Марс и обратно стоит, как мегаГЭС. Есть варианты с ядерным реактором, но и он по средствам разве что США, у которых таких технологий пока просто нет. У нас, например, они в куда лучшем виде. Но отсутствуют деньги на реальный полёт к Красной планете даже в таком дешёвом варианте. И до (пока гипотетического) полёта туда американцев они вряд ли появятся.

Понятно, что от такой безысходности с дальними космическими полётами некоторые начинают видеть цветные сны наяву. Одним из них был инженер Роджер Шойер. В 2003 году он взял медное ведро, вставил в него магнетрон из бытовой микроволновки и заявил, что создал двигатель, который даёт тягу, не отбрасывая назад вообще ничего. Объяснял он это поначалу тем, что ведро якобы удерживает в себе стоячую волну электромагнитных колебаний в замкнутом резонаторе. Волна, мол, и есть источник тяги. С физической точки зрения это бессмыслица. Попробуйте залезть в надувной бассейн и получить тягу, двигающую бассейн, просто создавая в нём волну.

Физики-теоретики только смеялись над такими утверждениями. Однако физики-экспериментаторы решили выйти за пределы простого осмеивания и проверить утверждения Шойера на практике. И тут начались неприятности. Тяга действительно создавалась, и никакие попытки экспериментаторов найти источники ошибки в измерениях не давали результатов. Апофеозом в этом плане стала работа Мартина Таджмара (Martin Tajmar), главы немецкого Института аэрокосмического инжиниринга при Техническом университете в Дрездене. В мире экспериментальной физики этот человек известен как профессиональный "разрушитель легенд", скрупулёзной постановкой и перепроверкой эксперимента способный найти чуть ли не любую ошибку.

Когда у него не получилось, забеспокоились даже физики-теоретики. Беспокойство они выразили довольно своеобразно: "EmDrive — полное …" (Шон Кэролл из Калифорнийского технологического). Кое-кто пересилил себя и всё же высказал то же мнение мягче: "Из-за отсутствия теоретического объяснения нарушения закона сохранения импульса рецензенты в журналах не примут такой работы", — настаивал Эрик Дэвис из Института продвинутых исследований в Остине (США).

В этом плане то, что работа людей из NASA, посвящённая их испытаниям EmDrive, прошла этап рецензирования в приличном журнале, звучит революционно. Этого бы не случилось, если бы в работе были обнаруживаемые "на бумаге" ошибки. Очевидно, доказательства работоспособности устройства были настолько серьёзны, что даже уважение к закону сохранения импульса не позволило "зарезать" работу. Так что же, закон пора хоронить? Скажем прямо: вряд ли.

Пока общепринятых приемлемых с научной точки зрения объяснений работы "невозможного двигателя" нет. В NASA в ответ на вопрос, почему это работает, начинают рассказывать весьма сомнительные вещи. Например, про то, что двигатель "отталкивается" от виртуальных частиц. Да, современная физика считает, что в вакууме постоянно возникают и исчезают виртуальные частицы. Частицы появляются и исчезают так быстро, что их не зарегистрировать. Однако хорошо известный эффект Казимира показывает, что они могут дать реальное притяжение двух близких пластин в пустоте. Одно плохо — к "ведру Шойера" всё это никак не относится. Виртуальные частицы не имеют чётко заданного места в пространстве, и вкупе с другими факторами это не даёт от них "оттолкнуться".

Однако совсем недавно появилось и ещё одно объяснение работы "невозможного двигателя". Выдвинул его Николай Горькавый из Гринвичского института (США), уже известный нам по крайне экзотической гипотезе о возникновении Вселенной. Как мы помним, физик предположил, что в прошлом цикле существования Вселенной та сжималась, пока в ней не слились все чёрные дыры. При каждом цикле слияния пара чёрных дыр теряет 5—15% массы, уходящей в гравитационные волны. Поэтому многократные слияния в "прошлой Вселенной" должны были превратить в волны почти всю её массу. Мироздание, из которого масса так трагически пропала, резко "обеднело" в плане гравитации. Из-за такой "антигравитации" сжатие сменилось расширением — так и возникла наша Вселенная. По гипотезе Горькавого, лишь часть энергии тех реликтовых гравиволн ушла на образование вещества нашей Вселенной, значительная часть всё ещё "бродит" где-то здесь. Не видим мы его лишь потому, что волны эти высокочастотные, а наши детекторы пока умеют регистрировать лишь низкочастотные гравитационные волны.

Ну, то есть "умели". По Горькавому, "ведро Шойера" и есть первый случайно построенный детектор реликтовых гравиволн. В рамках его гипотезы уровень энергии реликтового излучения не ограничен "сверху" и может быть очень высок. Учёный полагает, что EmDrive нащупал фон высокочастотных гравиволн и черпает оттуда энергию для своей тяги. Тогда он работает как антенна, которая за счёт резонанса становится чувствительной к колебаниям от реликтовых гравиволн гигагерцовых частот. В таком случае "невозможный двигатель" не закрытая система со "стоячей волной", а открытая, "отталкивающаяся" от волн целого моря гравиволн. Это не значит, что он даст фантастическую тягу: на то, чтобы ввести медный конус в резонанс, также уходит энергия. Да и оптимизировать толком устройство пока никто не пытался (как отладить непонятное?). Но из-за использования внешних волн он действительно не нуждается в выбросе топлива. Если это так, то перспективы подобного двигателя при всей его слабости огромны. По расчётам, земной зонд к Плутону достиг бы этой планеты с EmDrive на борту за 18 месяцев, а не за много лет. Сегодня земной космонавтике путешествия на миллиарды километров за месяцы не могут даже присниться.

Пока это единственное объяснение работы EmDrive, не подвергшееся серьёзной теоретической критике. Впрочем, всё ещё может быть впереди — ведь сама гипотеза Горькавого лишь начинает толком обсуждаться в научном сообществе. К счастью, похоже, что есть способ проверить, права она или нет в случае "невозможного двигателя". EmDrive хотят испытать в космосе, на борту небольшого спутника. Такие испытания невозможно будет поставить под сомнение. На Земле регистрацию тяги всегда можно списать на ошибку эксперимента. Но в космосе аппарат либо отклоняется от своей базовой траектории (из точки А в точку Б), либо "стоит" на ней. Если случится первое, взаимодействие с реликтовыми гравиволнами из "прошлой Вселенной" может оказаться не таким уж и экзотическим объяснением "невозможной тяги".

Дополнение и расширение темы - В теории Эйнштейна нашлась антигравитация

Большой Взрыв доказывает, что в начале расширения Вселенной действовала мощная отталкивающая сила. Популярна гипотеза, что Большой Взрыв вызван «инфлантоном» - гипотетическим короткоживущим отталкивающим полем. Наблюдения сверхновых показали, что Вселенная до сих пор расширяется с ускорением. Многие придерживаются модели, которая объясняет современное ускорение с помощью «тёмной энергии» - гипотетической физической субстанции с отрицательным давлением, вызывающим слабый эффект отталкивания. Недавно коллектив лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) обнаружил гравитационные волны от слияния чёрных дыр и показал, что при слиянии черных дыр гравитационные волны уносят около 5% их массы. Если рассмотреть стадию сжатия Вселенной (сценарий «большого сжатия»), на которой слияния черных дыр должны быть частым явлением, то можно показать, что большая часть Вселенной во время коллапса может превратиться в гравитационное излучение. Что произойдет с гравитационным полем системы, которая быстро теряет гравитационную массу? Мы рассмотрели решение уравнений Эйнштейна для системы, состоящей из сливающихся черных дыр, и показали, что в такой системе возникает сильная отталкивающая гравитационная сила, которая может превратить сжатие Вселенной в Большой Взрыв. С математической точки зрения, в хорошо известном уравнении для ньютоновского притяжения, пропорциональному обратному квадрату расстояния, появляется дополнительный отталкивающий член, пропорциональный 1/R и зависящий от времени. Поверхность гравитационного потенциала часто иллюстрируется воронкой из резиновой пленки, которую растягивает тяжелый шар, расположенный в центре. В этой простой модели резкое уменьшение гравитационной массы соответствует быстрому подъему шара. Плёнка, прикреплённая к шару, вытянется конусообразным пиком в центре воронки. Лёгкие шарики на центральном конусе устремятся от центра – это и есть сильная антигравитация. Центральный конус будет расширяться , но всё равно сохранит свой наклон наружу – это будет соответствовать долгоживущей слабой отталкивающей силе. Расчеты показывают, что отталкивающая сила уменьшается со временем, но сохраняется на многие миллиарды лет, что может объяснить современное ускоренное расширение Вселенной. Это означает, что ускоренное расширение Вселенной связано не с современным состоянием, а с реликтовыми гравитационными полями, возникшими в процессе Большого Сжатия. Таким образом, Большой Взрыв и современное расширение могут быть объяснены в рамках классической теории Эйнштейна, без введения новых полей и экзотических субстанций.   Рис. Гравитационный потенциал (в 10^-21 cm^2/s^2) как функция радиуса (в миллиардах световых лет) для различных времён. Кривые 1,2,3 соответствуют времени от начала изменения массы: t=0.3, 0.5, 0.8 миллиарда световых лет. Для лучшей визуализации кривая 2 смещена относительно кривой 3 на единицу, а кривая 1 смещена относительно кривой 3 на две единицы. Показан случай экспоненциального уменьшения массы Вселенной с показателем alpha=10. Статья опубликована 13 июля 2016, в окончательном виде на сайте MNRAS http://mnras.oxfordjournals.org/content/461/3/2929   Статья в престижном журнале Королевского общества прошла рецензию гладко, с небольшими замечаниями. С удовольствием привожу отзыв анонимного рецензента из Королевского астрономического общества: «I have checked some calculations carefully and it seems that the Authors are right - the repulsive force may appear and additionally, if it emerges very close to the final collapse of the universe, it can be the source of a bounce of the universe». «Я тщательно проверил некоторые вычисления и похоже, что авторы правы - отталкивающая сила может появиться и, кроме того, если она появляется очень близко к окончательному коллапсу Вселенной, она может быть источником отскока Вселенной» Подчеркну, что вычисления рецензент проверил все – потому что в разных местах расчета он выловил две опечатки - в тензорном индексе и в знаке, плюс дал вполне уместное замечание по математике. Судя по некоторым признакам – рецензию писал видный космолог, соавтор Хокинга по одной из его книг. Отмечу – эта работа не является космологической моделью. В статье строго показано, что в теории Эйнштейна есть место антигравитации при изменении гравитационной массы. Поэтому, если при предыдущем коллапсе Вселенной её масса быстро превращалась в гравитационное излучение, то неизбежно возникла сначала очень сильная отталкивающая сила, а потом – слабая долгоживущая антигравитация – то есть именно такой набор гравитационных сил, которого не хватает современной космологии, где эта нехватка компенсируется введением двух феноменологических сил. Я уверен, что найдена главная пружина космологической модели – потому что не могу представить себе, что в гравитации случайно нашёлся именно тот комплект сил, которая нужна космологии. Природа таких случайностей не терпит. Понятно, что сейчас требуется модификация космологических моделей, которые должны включать только эйнштейновские силы (притяжения и отталкивания) и согласовываться с наблюдениями. В статье отмечается, что согласно данной модели, ускорение расширения Вселенной должно уменьшаться, а не увеличиваться – в отличие от моделей «тёмной энергии».