ЕНЕРГИЯ ОТ ВАКУУМА

Един труден  въпрос гласи: Възможно ли е да се изв­лича енергия от нищото? Неотдавна физиците осъзнаха, че „нищото“ на вакуума изобщо не е празно, а в него кипи трескава дейност.

Един от защитниците на тази идея е ексцентричният гений на XX в. Никола Тесла, който е достоен съперник на Томас Едисон. Той е и един от защитниците на енергията на нулевата точка, т.е. идеята, че във вакуума може да има несметни количества енергия. Ако това е вярно, вакуумът ще стане последният „безплатен обяд“, способен да предос­тави неограничено количество енергия буквално от възду­ха. Вместо вакуумът да бъде смятан за празен и лишен от каквато и да е материя, той ще се окаже последното храни­лище на енергия.

Тесла се родил в малък град на място, което днес се нами­ра в Сърбия, и пристигнал без пукната пара в Съединените щати през 1884 година. Скоро той станал помощник на То­мас Едисон, но заради своята голяма надареност се превър­нал в негов съперник. По време на едно прочуто състезание, което историците кръстили „Войната на токовете“, Тесла бил изправен срещу Едисон. Едисон вярвал, че може да елек­трифицира света със своите електродвигатели, използващи прав ток (DC), докато Тесла бил откривателят на променли­вия ток (АС) и показал успешно, че неговите методи далеч надминават тези на Едисон и претърпяват значително по-малко загуби на енергия на определено разстояние. Днес ця­лата планета е електрифицирана въз основа на патентите на Тесла, а не на Едисон.

Изобретенията и патентите на Тесла са повече от се­демстотин на брой и вместяват в себе си някои от най-важните открития в модерната история на електричеството. Историците са доказали правдоподобността на твърдени­ето, че Тесла е изобретил радиото преди Гулиелмо Мар- кони (общопризнат като изобретателя на радиото) и е ра­ботел с Х-лъчи преди тяхното официално откриване от Вилхелм Рьонтген. (И Маркони, и Рьонтген по-късно спе челили Нобелова награда за открития, направени от Тес­ла години преди това.) Тесла вярвал също, че може да извлече неограничено ко­личество енергия от вакуума - твърдение, което за съжале­ние не е доказал в своите бележки. На пръв поглед „енерги­ята на нулевата точка“ (или енергията, която се съдържала във вакуум) нарушава Първия закон на термодинамиката. Въпреки че енергията на нулевата точка отправя предиз­викателство срещу законите на Нютоновата механика, по­нятието енергия на нулевата точка неотдавна изникна от­ново от една странна посока. Когато учените анализират данните от спътниците, кои­то в момента се движат в орбита около Земята, като например спътника WMAP, те стигат до поразителното заключение, че цели 73% от Вселената се състоят от „тъмна енергия“ - енергията на чистия вакуум. Това означава, че най- големият резервоар на енергия в цялата вселена е вакуу­мът, който разделя галактиките във Вселената. (Тази тъм­на енергия е толкова колосална, че раздалечава галактики­те една от друга и може накрая да разкъса Вселената на парчета по време на едно Голямо замръзване.)

Тъмната енергия се намира навсякъде във Вселената, като от нея има дори във вашата всекидневна и във вашето тяло. Количеството на тъмната енергия в открития космос е наистина астрономическо, като тя тежи повече от цялата енергия на звездите и галактиките, взети заедно. Можем и да изчислим количеството на тъмната енергия на Земята и то е съвсем малко, прекалено малко, за да се използва за захранването с енергия на една машина с вечен двигател. Тесла бил прав в случая с тъмната енергия, но грешил за нейното количество на Земята.

Или пък е бил прав?

Една от най-неудобните празнини в модерната физика е, че никой не може да пресметне количеството тъмна енергия, което можем да измерим чрез спътниците. Ако използваме последната теория в атомната физика, за да изчис­лим количеството тъмна енергия във Вселената, стигаме до погрешно число от порядъка на 10¹²⁰! Това е „единица“, следвана от 120 нули! Засега това е най-голямотонесъот- ветствие между теория и експеримент в цялата физика.

Проблемът е, че никой не знае как да изчисли „енергията на нищото”. Това е един от най-важните въпроси във физи­ката (защото накрая той ще определи съдбата на Вселена­та), но понастоящем не разполагаме с указание, което да ни подскаже как да я пресметнем. Нито една теория не може да обясни тъмната енергия, въпреки че експерименталните до­казателства за нейното съществуване са очебийни.

Така че вакуумът наистина притежава енергия, както е подозирал Тесла. Но количеството на енергията вероятно е прекалено малко, за да бъде използвано като източник на използваема енергия. Има огромни количества тъмна енер­гия между галактиките, но количеството, което може да бъ­де открито на Земята, е съвсем малко. Но неудобството е в това, че никой не знае как да пресметне количеството на та­зи енергия или да установи откъде идва тя.

Мнението е, че запазването на енергията е в резултат на дълбоки, космологични причини. Всяко нарушение на тези закони непременно ще доведе до дълбока промяна в на­шето разбиране за еволюцията на Вселената. А загадката на тъмната енергия принуждава физиците да влязат във фронтален сблъсък с този въпрос.

Тъй като създаването на истинска машина с вечен двига­тел може да ни задължи да преоценим фундаменталните за­кони на физиката в космологичен мащаб, бихме причислили машините с вечен двигател към Клас III на невъзможните неща, т.е. или те са наистина невъзможни, или ще трябва да променим радикално нашето разбиране на фундаментал­ната физика в космологичен мащаб, за да направим възможна подобна машина. Тъмната енергия остава една от големите незавършени глави в съвременната наука.

НИКОЛАЙ НИКОЛОВ

ЙОННИ И ПЛАЗМЕННИ ДВИГАТЕЛИ

За разлика от химическите ракети йонните двигатели не предизвикват внезапен драматичен взрив от свръх горещи газове, които задвижват конвенционалните ракети. Всъщност тяхната тяга често се измерва в десетки грамове. Ако бъдат поставени върху маса на Земята, те са прека­лено слаби, за да помръднат. Но това, което им липсва в тя­гата, те наваксват напълно с трайността си, защото могат да действат в течение на години във вакуума на открития космос. Типичният йонен двигател изглежда като вътрешността на телевизионна тръба. Една гореща жичка нагорещявана от електрически ток, който създава лъч от йонизирани атоми от рода на ксеноновите, който изскача от края на ракетата. Вместо да зависят от взрив на горещ експлозивен газ йонните двигатели зависят от тънка, но постоянна струя йони.  Йонният тласкач NSTAR в откри­тия космос на борда на успешната сонда „Дийп Спейс 1“, която бе изстреляна през 1998 година. Двигателят действа общо 678 дни, поставяйки нов рекорд в своя клас. Европейската космическа агенция също тества йонен двигател на своята сонда „Смарт 1“. Японската космическа    сонда „Хаябуса” която прелетя край един астероид, бе захранвана с енергията на четири ксеноновийонни двигателя. Въпреки, че не е ефектен, йонният двигател ще бъде в състояние да изпъл­нява дългосрочни мисии (които не са спешни) между плане­тите. На практика един ден йонните двигател могат да станат коня на междупланетния транспорт. По-мощна версия на йонния двигател е плазменият дви­гател  например VASIMR (Изменяема специфична импулсна   магнитоплазмена ракета), която използва мощна струя от  плазма, за да се задвижи в Космоса. Проектиран от астронавта инженер Франклин Чанг-Диас, двигателят из­ползва радиовълни и магнитни полета, за да нагорещява водороден газ до температура един милион градуса по Целзий. Свръх горещата плазма след това се изхвърля от края на ракетата, придавайки значителна тяга. Прототипи на този двигател вече са били конструирани на Земята, въпре­ки,  че никога в Космоса не е бил изпращан някой от тях. Ин­женерите се надяват плазменият двигател да бъде използ­ван за захранването с енергия на мисия до Марс, което ще намали значително времето за пътуване до тази планета свеждайки го до няколко месеца. Някои устройства използ­ват слънчева енергия, за да енергизират плазмата в двига­теля, а други - делението на атома (което създава безпокойс­тва за безопасността, тъй като включва разполагането на големи количества ядрени материали на кораби, които мо­гат да претърпят инцидент в космоса). Но нито йонният, нито плазменият двигател VASIMR разполагат с достатъчно енергия, за да ни отведат до звез­дите. За тази цел ни трябва съвсем нов тип задвижващи ус­тройства. Сериозна пречка пред проектирането на междуз­везден кораб е изумителното количество гориво, което е не­обходимо за извършването на пътуване дори до най-близ­ката звезда, както и продължителният период от време, пре­ди корабът да стигне до своята далечна дестинация.  Едно предложение, което може да реши тези проблеми, е слънчевото платно. То използва факта, че слънчевата свет­лина упражнява много слабо, но постоянно налягане, кое­то е достатъчно за задвижването на огромно платно през Космоса. Идеята за слънчевото платно е била формулирана за първи път от големия астроном Йохан Кеплер в трак­тата му от 1611 г. Somnium („Сън“)………

Следва продължение…………..

НИКОЛАЙ НИКОЛОВ