Полевой двигатель будоражит разум

     Этот фрагмент из шедевра 1968 года — «Космический Одиссей 2001″ служит фантазией на тему того, как мог бы выглядеть полет полевого звездолета изнутри, … если бы его когда-нибудь удалось построить. На сайте «Экстремальная механика» данная проблема затронута в статье http://extremal-mechanics.org/archives/675, и отношение к ней не изменилось. Полевой двигатель невозможен ровно по той причине, по которой барон Мюнхгаузен никогда не вытаскивал себя за волосы из болота. Точнее: корабль не сможет самостоятельно генерировать электромагнитное поле, которое увлечет его вперед иначе, как посредством излучения в обратную сторону. Последнее относится к идее фотонного звездолета, имеющей свои, фундаментальные трудности http://extremal-mechanics.org/archives/714 . Однако в этой статье пойдет речь о полевом двигателе, который не нуждается в законе сохранения импульса. О романтическом мираже, который притягивает шарлатанов, любителей фантастики и даже настоящих ученых. 

    Один из них — Эдуард Римович Смольяков, известный специалист по оптимальному управлению. Стоит пояснить, что это — раздел математики, который имеет важные, технические приложения. Профессор Смольяков пишет в своей книге http://mulder.ucoz.ru/_ld/0/13_SUM-1-3B.pdf  о том, как в юности стал очевидцем НЛО, и это оставило в его душе неизгладимый след. Попытки научно объяснить стремительный полет объекта, который явно игнорировал инерцию, завели автора пожалуй слишком далеко. Однако каждый ученый имеет право искать истину там, где надеется найти ее. 

    Лженаука начинается тогда, когда автор игнорирует аргументы, не желает признавать ошибки и не гнушается дискредитацией оппонентов для защиты своих фантазий. Это нередко сопряжено с попытками продать фальшивые открытия и/или назойливой саморекламой, что следует квалифицировать, как лжеученое мошенничество (шарлатанство). Ярким примером этому служит активность самозванного PhD из Узбекистана, который агрессивно проталкивает идею двухколесной гидротурбины, способной извлекать энергию из текущего потока за счет энергии самого потока (!) http://extremal-mechanics.org/archives/5108. После разоблачения мошенника в июне 2013 он тратит массу времени и сил на то, чтобы облить меня грязью везде, где только может. Хотя для того, чтобы доказать свою правоту, достаточно было бы провести всего один успешный опыт с устройством не сложней велосипеда. Но … шарлатаны следуют своим путем. Менее радикальные, но интересные примеры разобраны в статьях http://extremal-mechanics.org/archives/11663 и http://extremal-mechanics.org/archives/6540 .

    Но все это не имеет никакого отношения к смелым, научным поискам Э.Р. Смольякова, которые достойны уважения. В сущности его идеи — это математические грезы о том, как должен был бы быть устроен Мир, чтобы в нем стали возможными межзвездные полеты … и НЛО, как космические корабли пришельцев. Отчаянная попытка снять проклятие чудовищных, межзвездных расстояний, которые мы не в состоянии преодолеть!

    Статья http://extremal-mechanics.org/archives/12256#more-12256 содержит ссылки на публикации данного сайта, которые посвящены проблеме межзвездного полета. К сожалению, в них нет ничего утешительного для романтиков.  Однако статья Э.Р. Смольякова «Полеты с помощью магнитного поля» может утешить многих http://extremal-mechanics.org/wp-content/uploads/2014/09/cosmic2b1.pdf. Она написана живо и интересно, но является научной, а не научно-популярной. Для полного понимания текста нужно знать математику на уровне технического ВУЗа.  Я искренне рекомендую ее прочитать, хотя и в корне не согласен с содержанием.     

    Мой отзыв на этот текст в апреле 2014 был отправлен г-ну Добрыдневу, который издает в Британии журнал «Колонизация космоса», в ответ на его просьбу дать рецензию. В итоге автор отозвал свой текст, а я запретил Добрыдневу публиковать мой отзыв, т.к. вполне удостоверился в провокационном характере данного издания http://extremal-mechanics.org/archives/12794.

     Недавно я узнал о том, что г-н Добрыднев собрался опубликовать статью Э.Р. Смольякова вместе с моим отзывом без указания авторcтва. Владелец журнала «Колонизация космоса» видимо хочет сделать вид, что именно он является автором отзыва (хотя на это ему не хватит квалификации). Или использовать мой анализ в якобы отзыве редакции, которая пропускает бредни о разгоне космических кораблей за счет ударов о встречные предметы. Меня он не предупреждал о своих фокусах. Во избежание таких неясностей я публикую отзыв на своем сайте и предупреждаю г-на Добрыднева о том, что его деятельность юридически сомнительна. 

     Сегодня статья «Полеты с помощью магнитного поля» с расширенным названием размещена в журнале http://istina.msu.ru/publications/article/688082/, поэтому надеюсь, что моя публикация будет корректной по отношению к уважаемому Э.Р. Смольякову. Однако отзыв привязан к тексту этой статьи, который был направлен в журнал «Колонизация космоса» в марте 2013  http://extremal-mechanics.org/wp-content/uploads/2014/09/cosmic2b1.pdf. 

Критические замечания к статье Э.Р. Смольякова «Космические полеты с помощью магнитного поля» 

Д.Б. Зотьев, д.ф.- м.н. 

Аннотация 

       Известный математик Э.Р. Смольяков написал статью, которая посвящена принципу безреактивного движения с помощью магнитного поля, генерируемого космическим кораблем. На этом пути автор полагает возможным объяснить феномен НЛО, а также преодолеть фундаментальные препятствия к межзвездным путешествиям. В критических замечаниях отмечены несоответствия между математической теорией Э.Р. Смольякова и физической реальностью.

         Известный математик, специалист по оптимальному управлению Э.Р. Смольяков написал статью, которая является продолжением его оригинальных исследований в области электродинамики и посвящена принципу безреактивного движения с помощью магнитного поля, генерируемого космическим кораблем. На этом пути автор считает возможным объяснить феномен НЛО, а также преодолеть фундаментальные препятствия к межзведным путешествиям. Несмотря на высокий уровень научной квалификации автора, который в полной мере отражается в статье, она радикально противоречит физике. Поэтому представленные результаты следует считать математической фантастикой. В статье отражается общий интерес к т.н. полевым двигателям, который во многом объясняется фантастической сложностью проблемы космического полета не только с релятивистскими скоростями, но даже ~10 000 км/сек. Последнее отняло бы больше века на путешествие до ближайших звезд, однако и на это, по-видимому, человечество не будет способно в обозримом будущем. Поэтому идеи Э.Р. Смольякова, которые вдохновляют на поиск решения этой фундаментальной проблемы, заслуживают внимания. Однако имеют место значительные несоответствия между его математической теорией и физической реальностью, которые указаны в этих критических замечаниях.

           В статье предлагается теоретическое обоснование принципа космического движения, который относится к классу т.н. полевых двигателей. Их характерной особенностью является использование электромагнитных полей с отказом от закона сохранения импульса. Последнее автор недвусмысленно подчеркивает на первой странице текста: «В подобных полетах полностью исключается влияние реактивной тяги (т.е. выброса массы).» Следует заметить, что реактивную тягу может создавать не только выброс массы, но и электромагнитное излучение — пучок фотонов. Однако в этой статье эффект излучения не рассматривается и не подразумевается. В своих вычислениях автор отбрасывает электрическую компоненту поля, ограничиваясь магнитной. Такой подход несовместим с квантовой механикой и, в частности, с понятием фотона и его импульса. Кроме того, он несовместим с классической теорией излучения, поэтому закон сохранения импульса в любом виде игнорируется.

         Таким образом, идея обсуждаемой статьи, как любой другой вариант «полевого двигателя» (propellantless field drive), нарушает закон сохранения импульса. Этого достаточно, чтобы признать результаты статьи ошибочными с точки зрения той физики, которая подтверждена экспериментами и применяется на практике. Исследования полевых двигателей ведутся давно, но пока безуспешно. Еще в 1980 высказывалось мнение о том, что в ближайшее десятилетие появится космический двигатель, работающий без реактивной тяги [1]. Такого рода идеи пытаются заглянуть за горизонт, и если они предполагают изменение структуры пространства-времени вокруг корабля, то противоречия с законом сохранения импульса можно избежать [2]. Нельзя исключать, что когда-нибудь это получится, однако теория Э.Р. Смельякова defacto отвергает физику. Его полевой двигатель основан не на свойствах пространства-времени и взаимодействиях полей, которые пока не установлены. Этот принцип опирается на другую электродинамику, которая противоречит существующей и не имеет эмпирических оснований.  

         Автор исходит из альтернативного уравнения (4), которое противопоставлено классическому (3), как более точное. Но уравнение (3) не является «слишком грубым». Оно достаточно точно описывает движение заряда в поле, на которое заряд почти не влияет. Уравнение (4) было получено в работах Э.Р. Смельякова, например [3]. При этом была допущена ошибка, которая обсуждается ниже. Рассмотрим ее последствия.

        На стр. 67 книги [3], где формула (4) дана под номером (6.7а), сказано, что в случае точечного заряда из (6.7а) следует (6.8). Последняя совпадает с (3), однако для заряда  e массой m, движущегося по траектории \vec r_0(t), уравнение (4) сводится к

m\dot{\vec v}_0=e\cdot\left( \vec E+\frac{1}{c}[\vec v_0, \vec H]\right)\cdot\delta(\vec r-\vec r_0)+\frac{1}{8\pi}\nabla(E^2-H^2)-\left(\frac{e}{c}\vec A+\frac{m\vec v_0}{\sqrt{1-(v_0/c)^2}}\right)\cdot\frac{d}{d\vec v_0}- 

-\left( mc^2\sqrt{1-(v_0/c)^2}+\frac{e}{c}(c\varphi-(\vec A, \vec v_0))\right)\cdot\nabla\delta(\vec r-\vec r_0)            (*)

     Очевидно, что это уравнение в обобщенных функциях не равносильно (3). Таким образом, правая часть (4) не сводится к силе Лоренца (3) в случае точечного заряда, движущегося в независимом от него поле. Для учета торможения заряда излучением есть приближенная формула (75.9,  [4])

m\dot{\vec v}=e\vec E+\frac{e}{c}[\vec v, \vec H]+\frac{2e^2}{3c^3}\ddot{\vec v}          

которая применяется, если излученное поле мало по сравнению с внешним \vec E, \vec H . Получить эту формулу из (*) также невозможно. Таким образом, в том, что касается влияния внешнего поля на точечный заряд, уравнение (4) противоречит электродинамике.

         Однако из пояснений в [3] и текста обсуждаемой статьи видно, что автор рассматривает (4), как выражение связи между зарядами и излучаемым ими полем. Следовательно, то же относится к уравнению (*). Из него следует, что в любой точке   \vec r\neq \vec r_0  имеет место 

        m\dot{\vec v}_0=\frac{1}{8\pi}(E^2-H^2)         (**)

Здесь речь идет о поле с компонентами \vec E, \vec H, которое излучает заряд с траекторией  \vec r_0(t),  где \vec v_0=\dot{\vec r}_0(t) . Однако из формул (63.8) и (63.9) книги [4] следует, что (**) не имеет места.

       Таким образом, уравнение (4) противоречит электродинамике в том, что касается излучения поля точечным зарядом. Из уравнения (4), рассматриваемого при произвольно и непрерывно заполненном зарядами пространстве, в книге [3] получены уравнения (6.11), (6.12), (6.16), которые предлагаются в качестве альтернативы уравнениям Максвелла. Найти что-либо общее почти невозможно! Автор прямо пишет о том, что уравнения Максвелла являются весьма специфическим, частным случаем его уравнений. Настолько частным, что, например, электромагнитные волны уже не могут быть описаны классическими уравнениями (на стр. 70 [3] магнитному полю «запрещено» быть переменным). Рассуждения в обоснование необходимости такой замены носят математический и субъективный характер. Для такой радикальной ревизии основ электродинамики, по-видимому, нет никаких физических причин.

           Математическая идея, которая положена в основу вывода уравнения (4), изложена на стр. 61 [3]. Утверждается, что вывод уравнений Максвелла из принципа наименьшего действия является не вполне корректным. Вместо этого предлагается решать задачу оптимального управления, которую можно изложить следующим образом. Пусть электрические заряды равномерно распределены в области V . Необходимо найти закон движения этих зарядов на заданном интервале времени  [t_0; t_1] , т.е., семейство диффеоморфизмов \Phi_t : V\to V, зависящих от t\in[t_0; t_1]  при некоторых условиях гладкости, а также «режим управления» \rho(t, \vec r), \rho_m(t, \vec r), \varphi(t, \vec r), \vec A(t, \vec r) ,  так чтобы

J=\int_{t_0}^{t_1}dt\int_V\left(\rho_mc^2\sqrt{1-(v/c)^2}+\frac{\rho}{c}(c\varphi-(\vec A, \vec v_0))-\frac{1}{8\pi}(E^2-H^2)\right)dV\to \max

Здесь \vec r\in V \rho_m - массовая плотность зарядов, величины  \vec E(t, \vec r) и  \vec H(t, \vec r) обычным образом выражаются через «потенциалы поля»  \varphi(t, \vec r)  и  \vec A(t, \vec r),  вектор скорости заряда в точке  \vec r в момент времени  t определяется из соотношения:

\vec v(t, \vec r)=\frac{d}{d\tau}\left.\Phi_\tau(\Phi^{-1}_t(\vec r))\right|_{\tau=t} ,  при этом накладывается условие  v(t, \vec r)\leq c .

      Используя, очевидно, собственные результаты в теории оптимального управления, автор получает необходимые условия оптимальности, из которых выводит уравнение (6.7а) [3] . Оно же — уравнение (4), ключевое в обсуждаемой статье и альтернативной электродинамике  Э.Р. Смолякова.

       Не вдаваясь в математические подробности данного результата, можно отметить следующее. Оптимальность управления и соответствующего процесса означает, что при найденных параметрах управления целевой функционал достигает максимума относительно вариаций процесса, но не параметров управления. В данном случае это означает, что максимум функционала J  достигается на некотором  \widetilde\Phi_t в классе диффеоморфизмов \Phi_t : V\to V,  где  t\in[t_0; t_1] , при некоторых функциях \rho(t, \vec r), \rho_m(t, \vec r), \varphi(t, \vec r), \vec A(t, \vec r) . Однако сами эти функции, играющие роль параметров управления, по-видимому не варьируются. Поэтому хотя J является стандартным функционалом действия для электромагнитного поля с зарядами [4], взятым с обратным знаком,  принцип наименьшего действия по отношению к собственно полю здесь не применяется. Видимо в этом заключается исходная ошибка, которая привела к столь необычной электродинамике. На мой взгляд, идея свести вывод уравнений электромагнитного поля к задаче оптимального управления зарядами является искусственной.

         В данной статье формула (4), фактически, применяется к движению точечного магнита без электрического заряда. Такая задача лишена физического смысла, поскольку магнитных зарядов не существует. В работе подразумевается магнит конечных размеров (космический аппарат), но рассматривается движение его центра масс. Поэтому defacto принимается, что в каждой точке магнита поле имеет один и тот же вектор \vec H. Возможно автор пришел к этому, рассматривая движение соленоида (он создает внутри себя почти однородное поле). 

       Однако в данном случае магнит взаимодействует со своим собственным полем, которое является однородным в объеме тела. Чтобы придать магниту поступательное движение под действием магнитного поля, последнее не должно быть однородным. Например, если мы хотим заставить соленоид двигаться вдоль своей оси, то внешнее поле должно иметь радиальную компоненту, поэтому оно не может быть однородным. Если же магнит подвергается воздействию однородного поля \vec B, то он способен разве лишь вращаться под действием крутящего момента \vec M=[\vec \Phi, \vec B] , где  \vec \Phi - магнитный момент. Но тогда модель материальной точки теряет смысл, а поступательное движение под действием магнитных сил в этом случае невозможно.  

        Таким образом, отбрасывая электрическую компоненту поля применительно к модели намагниченной, материальной точки, автор приходит к физически бессодержательной задаче. При этом применяется формула (4), которая грубо противоречит электродинамике. Доказательством этого, помимо сказанного выше, являются ложные утверждения, полученные из (4). В их числе формула (5), из которой вытекает все последующее.   

           С учетом того, что автор пренебрегает компонентой  \vec E, правая часть (5) равна  -\nabla W, где  W - плотность энергии поля. Формально уравнение (5) выглядит, как правильное выражение силы через потенциальную энергию: \dot{\vec p}=-\nabla U . Под потенциальной энергией всегда подразумевается энергия взаимодействия тела с силовым полем или другими телами (что в сущности одно и то же). Но выражение

W=\frac{E^2+H^2}{8\pi}  ,

которое в (5) фигурирует при E=0, дает плотность энергии электромагнитного поля как такового, а не энергию его взаимодействия с магнитом. Таким образом, формула (5) не имеет отношения к реальности.

        Стоит также заметить, что рассуждения о комфортной невесомости внутри летящего магнита являются ошибочными. Дело в том, что люди и другие предметы внутри такого аппарата не являются магнитами и не подвергаются действию магнитных сил. Поэтому они испытывают инерционные ускорения и все «удовольствия», которые с ними связаны.

        Таким образом, все физические выводы этой статьи противоречат механике и электродинамике. Ясно, что автор создал новую теорию, исходя из математических соображений. Однако она существенно противоречит существующей физике, которая подтверждена экспериментами. На стороне теории, изложенной в статье, только свидетельства очевидцев НЛО. Исходя из вышесказанного я возьму на себя смелость утверждать, что такой принцип движения не может быть реализован в нашей Вселенной.

Ссылки 

1.        Alan C. Holt, Prospects for a Breakthrough in Field Dependent Propulsion // AIAA/SAE/ASME 16th  joint propulsion conference, Hartford, USA 1980, http://www.ovaltech.ca/pdfss/Prospects_for_a_Breakthrough_in_Field_Dependent_Propulsion.pdf 

2.        Takaaki Musha, Yoshinari Minami,  Field Propulsion System for Space Travel: Physics of Non-conventional Propulsion Methods for Interstellar Travel,   Bentham Science Publishers, 2011.

3.        Э.Р. Смольяков, Теоретическое обоснование межзвездных полетов, М: Эдиториал УРСС, 2005,  http://mulder.ucoz.ru/_ld/0/13_SUM-1-3B.pdf

4.        Е.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц,  Теория поля, М: Физматгиз, 1960.

Полевой двигатель будоражит разум: 4 комментария

    • О чем именно? На статью Смольякова я дал ссылку в тексте. Оттуда можно скачать ее pdf. Что касается «Колонизации космоса», то ссылку легко погуглить. Хотя Добрыднев грозился закрыть этот журнал для российских читателей. Обижен видимо за то, что не пускают в список ВАК. Хотя правильно не пускают. Делать ему там нечего.

  1. Ну да. Если рассматривать такой вариант, то конечно никакой тяги не будет.
    Хотя с точки зрения и теории поля и законов электродинамики — формальных запретов на это нет.
    Достаточно вспомнить явление сверхтекучести в жидком Гелии 2.
    Да и законы Ньютона — они для центральных сил.
    Тут вопрос в другом.
    Какая должна быть идея и некоторые есть.
    Только вопрос как их анализировать и проверять?
    При том ажиотаже который эту тему сопровождает — делать это бесполезно.
    Как правило все задачи сводятся к одному. Создать определённое распределения поля.
    А эта задача гораздо более сложная чем переписывать из учебника условие как надо считать и что.
    Тут надо понять какое распределение поля должно быть и какое реализовать можно, а какое нельзя.