Двойка по физика на Милнер и Хокинг

Наука ОFFNews Последна промяна на 03 май 2016 в 08:52 48334 0

Кредит ww4.hdnux.com/photos

Преди половин месец, на 12 април, Юри Милнер, руски мултимилионер и филантроп и Стивън Хокинг обявиха, че ще отделят 100 млн долара за финансиране на проекта Breakthrough Starshot, чиято цел е да се създаде прототип на миниатюрен космически кораб с лазерно задвижвано платно, който да достигне най-близката звезда, Алфа Кентавър, само за 20 години.

Новината предизвика интерес и ентусиазъм сред широката публика по целия свят. Но повечето експерти се въздържат от коментар.

Руският астрофизик, д-р на физико-математическите науки, Борис Щерн на страниците на "Троицкий вариант" разкрива, че оповестените планове на Милнер и Хокинг имат слаба връзка с реалността.

Оказа се, че в проекта има толкова противоречия, че според автора и Милнер (бивш аспирант на Физическия институт към РАН), и Хокинг заслужават "двойка  по физика".

Основа на проекта е един препринт на Филип Лубин (Philip Lubin) от Университета в Санта Барбара - A Roadmap to Interstellar Flight (pdf)

Авторът Филип Лубин е участвал в напълно реалистични разработки на лазерни фазирани решетки, например, за изпаряване на повърхността на астероид от разстояние от 10 км (за да се заснеме спектъра и да се разбере химическия състав). Мощността е 10 кВт, разходимост (дивергенция) - 0.1 сек.

Но сега Филип Любин предлага да направи решетка с мощност не 10 кВт, а 50-70 гигавата (GW) ( 5-ти и 6-ти реактори на АЕЦ „Козлодуй“ имат общ капацитет 2 GW). Идеята е тази решетка да ускори сонда с тегло от 1 грам с тънко светлинно платно до една четвърт от скоростта на светлината в продължение на 10 минути. Ускорението е 20 000 g (g е земното ускорение - 9.81 м/сек2). Ако се пресметне - около 50-70 GW се падат на тънко платно с площ от 1 m2 и тегло от 1 грам.

Сега възникват въпросите:

1. Какво ще се случи, ако върху платно с дебелина микрон паднат над 50 гигавата лазерно лъчение на 1 м2 ? 

Няма проблем, според автора, платното ще има отразяваща способност 99.999%. Това е възможно по принцип, почти всичко ще се отрази, но ще остане все пак 0.001%, което е 500 кВт. Достатъчно, за да се изпари платното, нали?

2. Ще настъпят ли при такава плътност на излъчване (съответстващо на температура 30 000 К, при това дължината на вълната е 1 микрометър) някакви нелинейни ефекти, които ще унищожат огромната отразяваща способност от 99.999%?

Аблация е процес на избиване на атоми от повърхността на веществото от интензивно излъчване. От нея не може да ни спаси никаква висока отразяваща способност. Нещо повече, една по-малка интензивност на излъчване, като например 1-10 GW/m2 е работен режим за технологична аблация. 

3. Как ще се фокусира цялата тази мощност на еднометрово платно?

Според сценария сондата ще се ускорява 10 минути от лазерен сноп, след което тя ще полети със скорост от почти 26% от скоростта на светлината. Изискваната точност на фокусирането на лъча е 0,3.10-10 радиана (формално се изисква размер на решетката 30 км). Интересно е къде ще бъде излъчвателят. В препринта не е указано ясно, но има леки намеци, че ще бъде в космоса. Ако ще е в космоса, се появява проблемът, че теглото му трябва да бъде от порядъка на милиони тонове - оценката на тегло на кВт излъчена мощност, е поместена в препринта. Ако е на Земята, астрономите добре знаят, че в атмосферата лъчът трепти с 10-5 радиана и само с помощта на скъпа адаптивна оптика може да се сведе тази неточност в най-добрия случай до 0,3 10-6 радиана. Това са телескопи, струващи стотици милиони долари, и все пак не им достигат цели четири порядъка точност.

4. Ще издържи ли електрониката?

Ще оставим настрана въпросите за здравината и стабилността на сонда, ускорена от лазерен лъч до 20 000 пъти g. По пътя електрониката на сондата ще улавя около 1018 броя 30-мегаватови протони на квадратен сантиметър  - това са само атомите от междузвездната среда. А какво ще се случи с електрониката на сондата? Може би трябва да се добави пасивна защита, но тогава апаратът няма да тежи един грам.

5. Как ще достигнат данните до Земята? 

Нека приемем, че побеждавайки законите на физиката, сондата долети до нови хипотетични светове и ги фотографира с миниатюрната си камера. Как може да се предаде това на Земята? Да приемем, че наносондата, която тежи 1 грам има механизъм за ориентация с точност от 10-5 и 10-сантиметрово параболично огледало с точност част от микрона и с тегло по-малко от един грам. И един малък светодиод ще изпрати едноватов сигнал точно в направление към Земята. На приемната решетка от светодиоди ще пристигне един фотон за всеки 20 хектара в секунда. И този огромен приемник - пак същата фазирана решетка - ще приеме този сигнал с ефективност един фотон или един бит (според препринта) и скоростта на предаване ще са 500 бита в секунда.

Да не забравяме, тук на една или няколко дъгови секунди от светодиода е нефокусираният източник от 1026 вата. Но това е дреболия.

Но след като вече имаме такава решетка-чудо с ъглова разделителна способност от 10-10, това означава, че няма смисъл да се изпраща сонда - тя сама може прекрасно да види загадъчните светове в Алфа Кентавър и ще може да улови спектрите, за да направи анализ.

Защо бе използван този недомислен проект за реклама? 

Авторът на статията, Борис Щерн, подчертава, че не иска да каже, че Милнер и особено Хокинг не разбират от физика. Сигурно те да осъзнават, че проектът за сондата до Алфа Кентавър е глупост и са го обявили единствено с рекламни цели, като всъщност парите ще бъдат използвани за много по-реалистични и по-скромни проекти. Но този проект оставя петно ​​върху репутацията им.

Може би Хокинг няма нищо общо с това - той е наистина изключителен физик, но е много трудно да контролира всичко, което се случва около него. Що се отнася до Милнер, той също по принцип върши много добра работа, подкрепяйки младите учени със своята награда, алтернатива на Нобеловата.

Може ли такива сензации са полезни с това, че привличат вниманието на хората към науката? 

Може да приемем този проект като полезна провокация, която да ни накара да мечтаем. Да, може и така да се разглежда. Но проблемът е, че такива провокации лишават хората от ориентири, кое е истина, кое - глупости, и в крайна сметка смъква науката до нивото на евтина пропаганда. Вредата от това е много повече от ползата.

Всъщност, реалистично ли е да се изпрати сонда към Алфа Кентавър?

Напълно възможно, но при едно условие: спонсорите да се откажат от възможността да видят резултата и да работят за идните поколения. Някога хората са били способни на такива проекти. Пример е базиликата Свети Петър, която е строена повече от 200 години. Точно толкова време е необходимо обикновена сонда с ядрено гориво да долети и всичко да предаде през обикновена антена по радиото.

Виж още за:
Най-важното
Всички новини

Още от Физика

Коментари

За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !