Чи може «неможливий двигун» працювати на… темній матерії
На кожну дію є рівна та протилежна дія. У цьому формулюванні третього закону Ньютона є два дуже важливі наслідки: по-перше, існує фізична величина, яка завжди зберігається у Всесвіті (імпульс), а по-друге, закони фізики однакові незалежно від вашого становища у просторі. Здавалося б, лише кілька слів, а насправді вони колосальні, тому що якщо ви хочете змусити, наприклад, пристрій змінити рух, вам потрібно його чимось штовхнути.
Це може бути вихлоп ракети, шини проти дороги, колеса на рейках або навіть фотони, відбиті від вітрила. Єдине, що заборонено це так званий інерцоїд, рух без реакції: дія без протидії. Саме це є EMDrive — «неможливим» космічним двигуном, який нещодавно пройшов випробування NASA — за заявами. Якщо він дійсно працює, як заявлено, він порушує закони фізики. Але є й можлива лазівка: можливо, є реакція, просто ми її не знайшли. Можливо, протидія має місце, але пов'язана із темною матерією.
Відповідно до стандартної моделі космології, більшість матерії у Всесвіті представлена над формі атомів чи інших відомих частинок. Ні, переважна більшість маси – з різницею в 5-к-1 – представлена темною матерією. Темна матерія не стикається, не анігілює і більше ніяк не взаємодіє з собою або з іншою, звичайною матерією за будь-яких відомих обставин, за винятком гравітаційного впливу. Пройшло 13,8 мільярда років, і вона утворила гігантську, дифузну космічну мережу гравітаційних структур та величезні сферичні гало понад мільйон світлових років у діаметрі, які обрамляють галактики.на зразок нашої. Темна матерія пронизує кожен квадратний сантиметр нашої галактики, включаючи кожен об'єкт на Землі, навіть наші тіла, хоч і в невеликих кількостях.
За певних умов, втім, темну матерію можна умовити взаємодіяти із собою або зі звичайною матерією, залежно від її природи. Якщо темна матерія складається з вимпів (WIMP, слабко взаємодіюча масивна частка), то продукт її анігіляції можна було б засікти детекторами. Якщо вона складається з дуже легких, маломасивних частинок аксіонів, вона може з'єднуватися з фотонами за певних умов. Один із експериментів, спрямованих на пошук аксіонів, відомий як ADMX: експеримент аксіонів темної матерії. У 1983 році фізик П'єр Сіківі винайшов аксіонний галоскоп, використовуючи той факт, що аксіон-фотонну пару можна посилити за певних умов усередині електромагнітної порожнини. Через двадцять років із цього дослідження виріс ADMX і з того часу вчені шукають аксіони, використовуючи цей метод.
На сьогоднішній день, на жаль, їх пошуки поки що не мали успіху. Можливо, аксіонів не існує, або, якщо вони не є темною матерією, можливо, вони мають інші параметри, для яких ADMX недостатньо чутливий. Цілком можливо, що різні електромагнітні порожнини з різними властивостями могли б активувати взаємодії з аксіонами. Можливо, фотон-аксіонні взаємодії можуть відбуватися, а порожнина з потрібними параметрами призвела до розсіювання аксіонів у кращому напрямку. Малоймовірно, але цілком припустимо, що EMDrive є така порожнина.
Як це працює? У кожен окремо взятий момент часу частинки темної матерії проходять через усі області простору, не соромлячись присутності матерії чи інших частинокСтандартні моделі. У електромагнітній порожнині фотони певної частоти скачуть у всіх напрямках, зберігаючи імпульс і створюючи тяги. Але якщо фотони рухаються у певному напрямку — наприклад, у задню частину порожнини — вони можуть стикатися з частинками темної матерії і буде:
- Фотон змінює імпульс і рухається трохи менше назад і трохи більше вперед, ніж було до зіткнення з частинкою темної матерії.
- Фотон стикається зі стінкою порожнини, відбивається від неї і передає імпульс у напрямку вперед для порожнини.
- Частка темної матерії отримує імпульс якраз у протилежному напрямку: назад.
- Імпульс зберігається, тому що темна матерія забирає його геть, рівний і протилежний за величиною тому, що поглинає порожнину.
Якщо відбувається саме це, це справжній прорив. Оскільки темна матерія є всюди, нам знадобилося б лише джерело енергії — не паливо — щоб подорожувати всією галактикою, бо в будь-якій точці простору ми знайдемо досить темну матерію. Це означає, що ми отримаємо метод виявлення темної матерії, яка випадково стикається з нашими частинками, і таким чином підтвердимо її існування. І що найголовніше все це не порушує закони фізики, адже імпульс зберігається.
Результати випробувань EMDrive досі не доведені. Є багато потенційних джерел помилок, і самі виміри вказують на велику невизначеність у тому, скільки виробляється тяги. Поки що незрозуміло, чи дійсно існує тяга без реакції, чи існує реакція, яку ми поки що не знайшли.
Та й пояснення за участю темної матерії також буде сумнівним, оскільки потребує багато невідомих. Але якщо EMDrive дійсно працює, використовуючитемну енергію, і таємниця темної матерії буде вирішена раз і назавжди найнесподіванішим чином, це буде просто неймовірно.