Физический закон не писан: полетит ли EmDrive?

Космические корабли на основе EmDrive остаются фантастикой. Временно или навсегда?

Фото Global Look Press.

Так выглядит двигатель EmDrive. Иллюстрация Elvis Popovic.

Иллюстрация Elvis Popovic.

В 2016 году мир облетела новость: революционный космический двигатель EmDrive, не требующий топлива, прошёл успешные испытания в вакууме. Причём испытывали его не где-нибудь, а в NASA. И статья в научном журнале прилагается.

12 сентября 2017 года появилось новое известие: китайские исследователи планируют испытать этот двигатель в космосе. Опубликованы первые кадры рабочего образца устройства.

Между тем многие физики отнеслись к новинке, мягко говоря, весьма скептически. Кто же прав – скептики или оптимисты? Чьи аргументы весомее в этом споре? И что это вообще за двигатель, вокруг которого столько шума?

Согласно поговорке, всё гениальное просто. Вот и схема нового двигателя чрезвычайно проста. Это практически излучатель от бытовой микроволновки, помещённый в медный корпус. Когда включается излучатель, прибор должен приходить в движение. По мысли авторов, ему не требуется дорога под колёсами или реактивная струя позади – он будет двигаться сам в полном вакууме, подчиняясь только своим внутренним силам.

Изобретатель двигателя Роджер Шайер (Roger Shawyer) первоначально утверждал, что тяга возникает просто оттого, что фотоны излучения давят на одну поверхность корпуса и не давят на другую. Группа Гарольда Уайта (Harold White) из NASA, которая испытала двигатель и измерила его тягу, предлагала более изощрённые объяснения.

Проблема в том, что само существование такого двигателя нарушает закон сохранения импульса. Этот закон говорит нам, что система не может прийти в движение, не взаимодействуя с внешним миром. Автомобилю требуется цепляться колёсами за асфальт, а ракете – выбрасывать из сопла двигателя раскалённые газы. Иначе никак – это только Мюнхгаузен рассказывал, что вытащил себя за волосы из болота. Но он, как известно, был фантастический враль.

При этом закон сохранения импульса – один из фундаментальных законов сегодняшней физики. Он крепко увязан со свойствами пространства и времени. Его нельзя "взять и отменить", как понедельники в известной песенке – придётся перекраивать всё здание современной науки.

Но инженеры NASA измерили тягу. Как быть с этим? Это экспериментальный факт. А факт, как сказано у классика, самая упрямая вещь в мире.

Маленькая история на эту тему. В XIX веке в Европе свирепствовала так называемая "родильная горячка". От неё умирала, по разным данным, каждая третья или даже каждая вторая роженица, которой довелось рожать в больнице, а не у себя дома. И вот Игнац Земмельвайс высказал гениальную догадку: дело в частицах трупов, которые остаются на руках врача после вскрытий. Он заставил персонал своей больницы обрабатывать руки хлорной известью, и смертность стремительно пошла на убыль.

Но этот экспериментальный факт в то время не объясняла ни одна существующая теория. Работы Пастера, доказавшие микробную природу многих заболеваний, ещё не увидели свет. И коллеги очень неохотно перенимали нововведение Земмельвайса, а он сам, прозванный теперь "спасителем матерей", закончил свои дни в сумасшедшем доме.

Трагическая история. Наука отделилась от философских словопрений тогда, когда нашла в себе смелость поставить факты над догмами. Когда признала: если есть экспериментальный результат, его надо объяснять, а не отрицать. Считается, что это произошло примерно в семнадцатом–восемнадцатом веке. Но, как видим, ещё и век-другой спустя слишком многим не хватало мужества сказать: "Я не могу это объяснить, но я вижу это".

Так, стало быть, дело в фактах? Хорошо, поговорим о них. Закон сохранения импульса не просто проверен – он проверяется ежесекундно и на каждом шагу. Проверяется автомобилями, самолётами, дверными ручками, клавишами компьютера — любым устройством, у которого есть хоть какие-то движущиеся детали. Все они рассчитаны и спроектированы, исходя из трёх законов: сохранения импульса, сохранения момента импульса и сохранения энергии. Всё равно, говорим ли мы о путях звёзд в Галактике или о нанотурбине, вырабатывающей электроэнергию благодаря движению человеческой крови – где есть механика, там есть и сохранение импульса. Иначе автомобили перестали бы ездить, а самолёты – летать. Вот каковы наблюдаемые факты.

Так выглядит двигатель EmDrive. Иллюстрация Elvis Popovic.
Так выглядит двигатель EmDrive. Иллюстрация Elvis Popovic.
Иллюстрация Elvis Popovic.

Но разве не случалось, что новые эксперименты ставили под сомнения столь незыблемые законы? Ещё как случалось. В 1920-х годах в экспериментах физиков нарушался ни много ни мало закон сохранения энергии. Электрон при бета-распаде имел совсем не ту энергию, которая ему полагалась. Тогда Нильс Бор высказал смелую мысль: что, если закон сохранения энергии всего лишь статистический? Что, если он выполняется не в каждом микроскопическом явлении, а только в среднем по очень большому числу таких явлений? Естественно, что в своих опытах "с дверными ручками" мы не могли этого обнаружить – ведь окружающие тела состоят из колоссального числа частиц. Множество микроскопических актов усредняется, вот и выполняется известный нам закон. А тут добрались до масштабов атомного ядра, и вот, пожалуйста.

Закон сохранения в тот раз устоял: оказалось, что недостающая энергия приходится на новую частицу – нейтрино. Но разве авторитет великого Бора не показывает, что и самые проверенные истины можно и нужно подвергать сомнению, если они противоречат новым экспериментам?

Безусловно. И более того, их уже приходилось пересматривать. Например, пришлось отказаться от простого положения "время для всех течёт одинаково", стоило перейти к достаточно большим скоростям и достаточно точным хронометрам. Сейчас даже часы на спутниках GPS и ГЛОНАСС идут с учётом эйнштейновского замедления времени, иначе навигационные системы перестанут работать.

Но тут, как водится, есть нюанс. Всякий раз, когда основополагающим законам физики устраивали ревизию, это было связано с вторжением в новую, неисследованную область. Например, в физику отдельных электронов и атомов, или в область околосветовых скоростей, или мощнейших полей тяготения. В микроволновке, помещённой в медное ведро, ничего нового и неисследованного наукой нет. Даже если запустить этот агрегат в космос.

И всё-таки инженеры NASA получили результат. Упрямые приборы показали наличие тяги. Эти приборы не учились в школе и не знали, что не должны этого показывать. Они также не имели понятия, что на этих масштабах времени, пространства и напряжённости всевозможных полей физики давно не ожидают получить ничего нового. Не подозревали приборы и о том, что их показания противоречат результатам ежесекундно выполняемых проверок закона сохранения импульса – иначе, конечно, забились бы под лавку. Они просто показали то, что измерили, ведь для этого они и предназначены – измерять. Экспериментальный факт налицо. И что же теперь сказать ему: "Брысь, ты неправильный! У нас есть куча правильных фактов!"?

Большинство учёных считает именно так. И, как ни странно, имеет для этого основания. Приборы – приборами, но эксперимент ставят люди. Даже если отбросить возможность сознательной мистификации и банальной некомпетентности, никто не застрахован от добросовестной ошибки. А при измерении таких малых величин, как тяга EmDrive, очень трудно исключить все возможные источники помех.

Эксперименты со странными результатами не впервые появляются в науке. Есть прекрасное средство – попытаться воспроизвести опыт. Есть же, например, скандально известные результаты Сералини и Ермаковой о якобы обнаруженном вреде от ГМО-продуктов. И, с другой стороны, есть обзор, в котором рассмотрено 1783 исследования, проведённых за 10 лет. И ни в одном из них не обнаружилось никакого вреда от ГМО. Ну и каким экспериментальным результатам надо верить?

И всё-таки – разве не будет догматизмом категорически утверждать, что ни на что не опирающийся двигатель (напоминаем, что тест проводился в вакууме) невозможен? Разумеется, будет. Так же как догматизмом было бы категорически отрицать, что мир появился секунду назад таким, каков он сейчас, и мы появились вместе с ним с багажом готовых воспоминаний. Можно придумать очень много утверждений, которые теоретически могут оказаться верны. На какие-то из них неизбежно придётся махнуть рукой. И учёные, которых регулярно заваливают проектами вечных двигателей и безопорных движителей, свой выбор сделали.

Кажется, космические инженеры Китая решили иначе. Если EmDrive действительно запускают в космос, то кто-то достаточно сильно верит в эту идею, чтобы выделить место на ракете-носителе (а это, вообще говоря, удовольствие не из дешёвых).

Что ж, новый эксперимент никогда не повредит. Не помешает выяснить точно, будет ли вообще устройство двигаться в космосе. А если создателям EmDrive и впрямь удастся сделать из него двигатель, который поможет пересечь Солнечную систему за несколько месяцев, как они обещают, – это и будет последним и решающим доказательством. И тогда наука будет просто обязана объяснить, что же такого она не углядела в микроволновке, засунутой в ведро. Несомненно, это стало бы началом новой научной революции.