CC BY
329
Прокопьев Е.П.
НИЦ «Курчатовский институт». Федеральное государственное бюджетное учреждение «Государственный научный центр Российской Федерации - Институт Теоретической и Экспериментальной Физики». ФГБУ «ГНЦРФ - ИТЭФ», Москва, Россия
ПРОБЛЕМА ПОЛУЧЕНИЯ АНТИВЕЩЕСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ СОЛНЦА
Введение
В процессе роста численности населения на Земле резко ухудшаются экологические, экономические, социально-политические и другие проблемы созидательного развития человеческой цивилизации. Перспективы этого развития несомненно будут связаны с освоением космического пространства (ближнего и дальнего космоса, межзвездных перелетов, освоение галактик нашей Вселенной и возможно других вселенных), а также установление контактов с внеземными цивилизациями, если таковые имеются. Имеются большое число предлагаемых проектов будущих космических путешествий, основанных на наших знаниях законов природы и мироздания. В настоящее время существует точка зрения о том, что межзвездные путешествия на космических кораблях с применением самых современных физических источников энергии невозможны в силу огромной их длительности и невозможности создания запасов топлива и износа материалов космических аппаратов. Существуют точки зрения о том, что эти перелеты возможны лишь в ближнем и дальнем космосе и перелеты к ближайшим звездам. Освоение нашей галактики, других галактик нашей Вселенной и возможно других вселенных связывается с проектами возможных полуфантастических машин времени, «деформирующих» пространство-время, проектами квантовой телепортации и т. д. Поэтому перспектива созидательного развития человеческой цивилизации несомненно связана с глубокими изучениями законов мироздания с целью создания на их основе будущих космических технологий развития человеческой цивилизации. Особую роль на первом этапе развития космических технологий несомненно будет играть проблема физики и химии антивещества.
По-видимому, именно эти исследования могут подойти к разгадке вопросов: откуда мы во Вселенной и что мы во ней?Это неразгаданные тайны, стоящие перед человечеством. К ним относятся, пожалуй, в первую очередь поиск разумной жизни и проблема антивещества (первоматерии) во Вселенной (см., например, [1-18] и др.). Рассмотрим вкратце эти вопросы.
О возможных разнообразиях форм Мирового Разума
В рамках квантовополевой теории вселенной и модели минисуперпространства удается показать множественное рождение вселенных, даже, если начало есть ничего ("отсутствует" пространство-время, нет вселенных, в том числе и нашей материнской Вселенной). Таким образом, можно считать рождение вселенных процессом неизбежным и закономерным - следствие теории поля вселенной, в которой суперпотенциал зависит от времени. Это дает возможность нарисовать динамическую картину Вечности (Вечного Мира) как своеобразного газа взаимодействующих вселенных, переход между которыми вероятно возможен через так называемые кротовые норы (см. [3]). Важным вопросом современной науки, способствующей развитию фундаментальных проблем науки и техники, является поэтому поиск разумной жизни и новых жизненных пространств в окружающем нас Мире. Можно сказать, что эти проблемы возможно явятся (сродни) Великим географическим отрытиям конца средневековья и начала нового времени в истории человечества, способствоваших невиданному прогрессу в развитии всех сфер его жизни.
Идеи о межзвездных перелетах, по-существу, в первую очередь предполагают поиски разумной жизни во Вселенной, установление контактов с иными цивилизациями. Эти вопросы, как указывается в [14,18], могут быть решены в рамках концепции Мирового Разума - формы материи, обладающей способностью целенаправленно развиваться и познавать, как свое развитие, так и других форм материи. Один из примеров формы Мирового Разума перед нами существует наяву. Это высшая форма движения живой материи - коллективный человеческий Разум, то есть по-существу то, что мы называем человеческой Цивилизацией, иногда употребляя термин «гуманоидной». В связи с этим возникают следующие неизбежные вопросы 1) существуют ли во Вселенной (помимо нашей) другие гуманоидные Цивилизации, контакт с которыми, по-видимому, можно установить; 2)можем ли мы - носители одного из видов Мирового Разума, т. е. представители человеческой Цивилизации, установить контакты с другими формами Мирового Разума. Эти вопросы имеют сугубо практический характер. Решать их необходимо на высоком научном и техническом уровне с учетом всех знаний о законах развития одной из движущихся форм материи - Мирового Разума (человеческой Цивилизации).
Сумма знаний об окружающем Мире (имеются в виду сумма знаний о законах развития всех видов движущейся материи), накапливаемых различными формами Мирового Разума, как следует из примера развития человеческой Цивилизации, следует примерно по экспоненциальному закону
S(t) = S0[1 — exp(—at)] . В этой довольно-таки наивной формуле параметр S0 представляет собой асимптотическое значение «суммы знаний», а параметр а = 1/ t , где t- среднее время жизни цивилизации. Причем величины параметров So и a = 1/ t для различных форм Мирового Разума, по-видимому, опять-таки различны. Таким образом, предполагая, что возможность установления контактов между цивилизациями определяются близостью значений параметров S0 и a= 1 / t функции S(t) , можно придти
к весьма пессимистическому выводу о случайном характере установления контактов. Поэтому различные формы Мирового Разума вероятнее всего развиваются и существуют независимо друг от друга.. Контакты между ними - явления скорее всего случайные, как и воздействия одной формы Мирового Разума на другую. Это один из возможных парадоксов, которые ожидают серьезных исследователей по проблеме разумной жизни во Вселенной и/или вселенных. К сожалению проведенные в последнее время эксперименты по поиску разумной жизни в нашей материнской Вселенной дали пока что отрицательный результат, подтверждающий этот возможный парадокс.
Возможна и другая причина неудач в установлении контактов. Главная из них заключается по-видимому в том, что наша цивилизация еще не достигла достаточно высокого уровня развития в научном и техническом отношении с тем, чтобы установить контакты с другими высокоразвитыми цивилизациями. Эти контакты вероятнее всего возможны на основе каких-то неизвестных Человечеству физических формах связи (контактов). Возможно что окружающий нас Вечный Мир (Вечность) полны информации о других цивилизациях, их законах и особенностях развития. Эта информация в Вечности при взаимодействии со Средой может задавать пути развития других Миров с различными законами. Поэтому нам следует подождать, когда Человечество достигнет более высоких форм развития, чтобы уметь детектировать эту информацию и использовать ее в свое благо.
Имеется большое число предлагаемых проектов будущих космических путешествий, основанных на наших знаниях законов природы и мироздания. Особую роль на первом этапе развития космических технологий несомненно будет играть проблема физики, химии и технологии антивещества [1-18] .
1
О физике, химии и технологии антивещества
Современная проблема физики, химии и технологии антивещества включает в себя исследования особенностей свойств антиматерии и взаимодействия материи и антиматерии, а также исследования вещества с помощью античастиц [10,11]. Особое значение имеют современные достижения в физике, химии и технологии антивещества для решения энергетических проблем человечества (проблема антиводорода, кварковой материи, энергетические проблемы космологии и др.). Поэтому большой интерес представляет возможность получения интенсивных потоков позитронов (возможно и других античастиц) при перестройке физического вакуума в сильных полях (например, вероятно в электрическом поле современных сверхмощных лазерных лучей (http://infox.ru/science/lab/2008/11/18/antimatter.phtml) ) и на ускорителях. Вероятно речь может возможно пойти о создании космических солнечных фабрик на Луне или астероидах, и т.д. с использованием преобразованной энергии излучения Солнца в электрическую энергию и использования специальных ловушек в космическом вакууме для получения и хранения позитронов. Сущность метода должна заключаться в получении позитронов посредством преобразованной энергии Солнца на ускорителях или любых других методов потоков быстрых позитронов с их последующим их замедлением до температур порядка 0,5 K в некоторой закрытой области космического пространства. Таким образом, могут быть получены значительные количества позитронов. Сбор таких позитронов в магнитных ловушках в условиях космического вакуума мог бы стать довольно эффективным методом накопления антивещества.
Особый интерес представляет проблема получения холодного антиводорода (в специальных ловушках при температуре порядка 0,5 К), разрабатываемого в ЦЕРН [7] . Эти эксперименты предполагают проверку фундаментальных законов мироздания (например, СРТ-симметрии) с помощью изучения свойств синтезируемых атомов антиводорода. Данные результаты ЦЕРН получения, хранения и детектирования антиводорода могут быть использованы в будущем с целью получения антиводорода в достаточных макроколичествах для практического использования в качестве аннигиляционного топлива в различных двигательных установках космических аппаратов. Вероятно речь пойдет о создании солнечных фабрик с использованием энергии излучения Солнца и космического пространства для производства и хранения антивещества. Суть метода должна заключаться в получении с помощью преобразованной энергии Солнца, например, в электрическую энергию на ускорителях или какими-либо другими методами потоков быстрых антипротонов и позитронов с последующим их замедлением по технологии ЦЕРН [7] до температур порядка 0,5 К в некоторой замкнутой области космического пространства. Последующая рекомбинация этих холодных антипротонов и позитронов в этой области должна приводить к образованию холодного антиводорода. При этом возможен последующий процесс образования молекул антиводорода и их конденсации в твердые частицы в условиях температуры космического пространства. Конденсация (слипание) этих частиц может привести к получению достаточных количеств холодного антивещества, состоящих из молекул антиводорода. Таким образом, возрастает еще в большей мере значимость проблемы о преобразовании и концентрации энергии солнечного излучения в другие формы энергии, пригодные для получения антивещества. Как видим, этот процесс получения холодного антивещества представляет собой неимоверно трудную техническую задачу, можно даже сказать фантастически трудную задачу. Это работа для многих поколений исследователей всех областей знания и специальностей.
На современном уровне развития технологий о большом количестве полученного антивещества говорить не приходится. К тому же эти процессы получения антивещества очень дороги. Поэтому вероятно можно говорить только о приблизительно десятках или сотнях нанограмм полученного антивещества. Этого количество антивещества, очевидно, было бы достаточно для создания космических транспортных средств (SV) с размерами в nano- или микронном диапазоне (http://www.centauri-dreams.org/?p=18416; http://www.portalus.ru/modules/science/data/files/prokopiev/Antimatter-Positronics- ProektEngRus.doc; PositronicsResearchLLC). Это фантастическое предположение не ли-шенно смысла в контексте современного развития нанотехнологий в Мире. Все размеры устройств и деталей таких SV не должны превысить размеры диапазонов микрона и нанометра.
Положение может измениться, если учесть, что черные дыры как естественного, так, возможно и искусственного происхождения могут стать "фабриками" антивещества (см. http://ipulsar.net/news/1465-sc.html (А.Д.Долгов (ИТЭФ) и другие). Тяготение в окрестностях черной дыры является настолько большим, что это никакие объекты (даже фотоны) не могут покинуть ее. Действительно, тяготение черной дыры действует сильнее на протоны, чем на электроны, поскольку их масса значительно меньше. В результате черная дыра получает положительный электрический заряд. Таким образом, если массы черных дыр являются довольно небольшими, то электрическое поле в области горизонта событий может достигнуть критических значений. Это проводит к нестабильности вакуума и генерации электронно-позитронных пар. Поскольку позитроны выбрасываются из области электрического поля черной дыры, а электроны захватываются, то черные дыры можно рассматривать как фабрика антивещества, преобразующие протоны в античастицы.
В связи с этим могут быть рассмотрены возможности использования исследований различных процессов, протекающих в экстремальных условиях, в ядерной физике, астрофизике и космологии, а также других смежных областях науки и техники для создания интенсивных потоков позитронов и возможно других античастиц.
Помимо проблемы производства существует проблема безопасного хранения позитронов. В настоящее время для хранения античастиц используются так называемые ловушки Пеннинга. В них частицы удерживаются от столкновения со стенками ловушки с помощью магнитного поля. Однако поскольку позитроны заряжены одинаково и отталкиваются друг от друга, со временем все они вырываются из магнитного поля и аннигилируют при столкновении с обычной материей.
Проблемой хранения позитронов занимается фирма PositronicsResearch LLC [8]. В качестве альтернативы ловушкам Пеннинга ученые этой фирмы предлагают использовать также квазистабильные образования - атомы позитрония. Позитроний представляет собой систему из вращающихся друг вокруг друга позитрона и электрона, которые удерживаются от столкновения электромагнитными полями.
Отмечается , что двигатель на антивеществе (антипротонах) вполне реален и может работать, например, следующим образом. Сначала создаются два облака из нескольких триллионов антипротонов, которые от соприкосновения с материей удерживает электромагнитная ловушка. Потом между ними вводят частичку топлива весом в 42 нанограмма, представляющую собой капсулу из урана-238, в которую заключена смесь дейтерия и гелия-3 или дейтерия и трития. Антипротоны моментально аннигилируют с ядрами урана и вызывают их распад на фрагменты. Эти фрагменты, вместе с образовавшимися гамма-квантами, так сильно разогревает внутренность капсулы, что там начинается термоядерная реакция. Ее продукты, обладающие огромной энергией, еще сильнее разгоняются магнитным полем и выходят через сопло двигателя, обеспечивая космическому кораблю фантастически большую тягу.
2
Что же касается полета к Марсу за один месяц, то для него американские физики рекомендуют другую технологию - ядерной деление, катализируемое антипротонами. Тогда на весь полет требуется 140 нанограмм антипротонов, не считая радиоактивного топлива.
ЛИТЕРАТУРА
1. Прокопьев Е.П. О возможности анигиляционных источников энергии // Оборонный комплекс научно-техническому прогрессу России. 2003. № 2. С. 10-14,17-19.
2. Н.А.Власов. Антивещество. М.: Атомиздат. 1968.
3. А.Д.Долгов, Я.Б.Зельдович, М.В.Сажин. Космология ранней Вселенной.М.: Изд-во МГУ, 1988.
4. Прокопьев Е.П. О проблеме использования антиводорода в космической технике будущего // Оборонный комплекс-научно-техническому прогрессу России. 2003. № 2. С. 15-16.
5. Прокопьев Е.П. Возможность получения энергии и антивещества при низких энергиях: вероятный физический механизм самоорганизации при ядерном синтезе, трансформации элементов и синтезе антивещества // Оборонный комплекс-научно-техническому прогрессу России. 2003. № 3. С. 39,40.
6. Прокопьев Е. П. Возможность получения антивещества в космическом пространстве с использованием энергии Солнца // Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России. 2006. № 2. С. 63-65.
7. Колинз Г. Получение холодного антиводорода // В мире науки. 2005. № 9. С. 52-59.
8. Данные Интернет: см., например, PositronicsResearchLLC..
9. Прокопьев Е.П. О взаимодействии вещества и антивещества. Системы p -Н, р-H и Н-H . Приложения в электронике // Микроэлектроника, 1992. Вып. 4, сер. 3. С. 65-68.
10. Прокопьев Е.П. О роли исследования позитронных и позитрониевых состояний в науке и технике // В кн.: «Симпозиум по взаимодействию атомных частиц с поверхностью твердого тела, посвященного памяти академика АН УзССР У.А. Арифова». (Ташкент, 16 - 18 октября 1979 года) . Ташкент: ФАН, 1979. С. 113.
11. Е.П. Прокопьев, С.П. Тимошенков, В.И. Графутин, и др. Позитроника ионных кристаллов, полупроводников и металлов. М.: Ред.-изд. отдел МИЭТ (ТУ), 1999. 176 с.
12. Е.М. Чуразов, Р.А. Сюняев, С.Ю. Сазонов и др. Аннигиляционное излучение центральной зоны Галактики: результаты обсерватории Интеграл // УФН, 2006. Т. 176. С. 334.
13. Grafutin V., Svetlov-Prokop'ev E. Research of positron state in spaсe plasma // In. book:
Abstracts of the 6th INTEGRAL Workshop «The Obscured Universe». 2 - 8 July 2006. M.: Space
Research Institute Russian Academy of Sciences. P. 28.
14. Е.П.Светлов-Прокопьев. Общие принципы взаимодействия вещества и антивещест-
ва . нерелятивистская теория // Вестник КазНУ, серия физическая. 2007. № 1(23). С. 169-177.
15. Е.П.Светлов-Прокопьев. Физика, химия и технология антивещества: возможности исследования
свойств, синтеза, применений, хранения и поиска во Вселенной // Петербургский журнал электроники. 2009. № 2. С. 41-46.
16. Е.П. Прокопьев. О физике, химии и технологии антивещества: возможности исследования
свойств, поиска в природе, синтеза и применений. Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России. 2008. №1. С.49-54.
17. Суворов А.Л., Светлов-Прокопьев Е.П., В.И.Графутин, А.Ф.Захаров, Т.Л.Разинкова,
С.П.Тимошенков, Ю.В.Фунтиков. // Украинский физический журнал. 2007. Т.52. №9. С.843-848.
18. Е.П.Прокопьев. http://www.centauri-dreams.org/?p=18416, http://www.canterburylink.com/100-year-starship-study-public-symposium/
3
