Любая дискуссия о далеком космическом будущем неизбежно коснется одной или нескольких концепций, носящих имя Фримена Дайсона — американского физика британского происхождения, профессора Института перспективных исследований, второго президента Института космических исследований. Помимо фантастических идей Дайсон наряду с Юлианом Швингером и Ричардом Фейнманом является создателем квантовой электродинамики и других строгих научных теорий. Расскажем об основных идеях, которым Дайсон дал жизнь.
Фримен Дайсон, фото 1963 года
Квантовая электродинамика
Как все помнят из школьной физики, пока два протона стоят на месте их отталкивает электростатический барьер Кулона. Если частицы начнут движение, на них начнет действовать магнетизм и сила Лоренца. Получившийся в результате танец зарядов создаст электромагнитную волу, дающую нам свет, тепло, а главное, интернет! Но, забудьте все что вы учили в школе! На малых масштабах оказывается, что протоны обмениваются взаимодействием через частицу-перенощик — фотон. У фотона есть собственное поле и он может двигается не быстрее скорости света. Получается, поле, которое кажется непрерывным в макромире имеет дискретную природу и все силы действуют с задержкой, а не мгновенно. Наука, собирающая из осколков, живущих по своим законам, глобальное электромагнитное поле — квантовая электродинамика. У основателей этой науки Юлиана Швингера и Ричарда Фейнмана были разные математически инструменты, однако Фримен Дайсон заметил что они описывают одну концепцию и способствовал объединению идей в общую научную базу.
Слева — полевая концепция отталкивания протонов, справа квантовая концепция — протон испускает виртуальный фотон, который переносит силу отталкивания
Создание общей теории поля, которая бы объединила электромагнитную, силу удерживающуюся части атомных ядер вместе, силу ответственную за распад частиц и атомов и гравитацию — главная задача современной науки. Без нее наше понимание вещей противоречиво и неполно.
Сфера Дайсона
Если космическая цивилизация задумает великие дела, ей потребуется заполучить максимум энергии, которое можно извлечь из своей солнечной системы. Один из предполагаемых вариантов этого — построить сферу Дайсона вокруг звезды. К таким звездам и активным цивилизациям есть смысл присматриваться — может быть выйти на контакт, а может держаться подальше.
Фриман Дайсон признавал, что концепция мегасруктуры вокруг солнца не только его идея. Физик вдохновился фантастическим романом «Создатель Звезд» Олафа Стэпледона написанного в 1937 году. Однако, в биографическом сборнике «Грезы о Земле и небе» Константина Эдуардовича Циолковского, написаном в 1895 году есть упоминание обитаемых космических колоний в форме конуса, развернутые прозрачным основанием в сторону Солнца. Конусы должны быть объединены в сеть вокруг Солнца, а флора и обитателяи будут жить на стенках конуса.
Принцип сферы Дайсона в дневнике Константина Эдуардовича Циолковского
Рой Дайсона
Начать освоение энергетического бюджета своей звезды космическая цивилизация может с роя Дайсона — группы солнечных батарей, пересылающих энергию на планету или станцию индуктивным методом. Обнаружить такую мегаструктуру можно транзитным способом — блеск звезды будет периодически спадать из-за перекрытия батареями. Так же обнаруживают экзопланеты вокруг других звезд. Рой Дайсона будет отличать от экзопланеты отсутствие гравитационного воздействия на окружающие объекты. Однако, такое воздействие от экзопланет мы еще не научились фиксировать.
Модель роя Дайсона в виде кольца
Пузырь Дайсона
Промежуточная стадия между частичным и полным захватом ресурсов звезды — пузырь Дайсона — несплошная, но достаточно плотная мегаструктура. Обнаружить ее также можно транзитным методом. Изменение блеска звезды должно быть постоянным.
Модель пузыря Дайсона в виде шара
Оболочка Дайсона
Полное покрытие звезды неким сверхпрочным и легким материалом называют оболочкой Дайсона. Такую мегаструктуру можно обнаружить, заметив гравитационное влияние вокруг темного места. Таким же образом проходит поиск темной материи и черных дыр без аккреционного диска. Пока нет идеи, способной совершенно точно отделить такой искусственный объект как сфера Дайсона от естественных с похожими признаками. Однако, это интересная концепция, мотивирующая с еще большим любопытством вглядываться в звездное небо.
Двигатель Дайсона
Нашей цивилизации далеко до самостоятельной постройки сферы Дайсона, однако, цивилизация является космической. 12 апреля 1961 года человек отправился в космос, 20 июля 1969 года люди высадились на Луне, а дальше космическая экспансия как-то не пошла. Одно из серьезных препятствий — ракеты на химических двигателях было достигли предела своей эффективности. Самая безумная идея, на чем же лететь в космос если не на керосине — на гребне ударной волны от постоянных атомных взрывов!
Как и в предыдущих двух случая Дайсон не был автором идеи. Проект пилотируемого ядерно-импульсного космического взрыволёта «Орион» предложили Станислав Улам и Корнелиус Эверетт в 1955 году. Фримен Дайсон, работавший в Принстоне, согласился продолжить вместе с ним разработку и в 1959 году был испытан опытный образец. Аппарат в форме пули и массой 133 кг совершил стометровый стабильный полет за счет 6 взрывов тротиловых зарядов. Однако, «Орион», способный совершать межзвездные перелеты это концепция совсем других масштабов.
Энергетически-лимитированный Орион
Один из вариантов корабля «Орион» — конструкция с диаметром отражающей плиты около 20 км. Такие размеры необходимы, чтобы плита успевала остыть в промежутке между взрывами. Общая масса корабля должна быть 40 миллионов тонн, из них более 30 миллионов тонн — топливо, то есть мегатонные ядерные бомбы. Из оставшихся 10 миллионов тонн, 5 — это вес плиты в виде полусферы из чистой меди, 5 — масса конструкции и полезной нагрузки. Подрывая за плитой бомбу каждые 100 секунд корабль мог бы разогнаться до 0,33 % скорости света за 100 лет и прибыть к Альфе Центавра через 1300 лет полета.
Импульсно-лимитированный Орион
В более скромном варианте «Ориона» Фримен Дайсон предложил в промежутках между взрывами распылять на плиту графитовую смазку. Это снижает полезную нагрузку, но корабль можно сделать компактнее и быстрее. Диаметр плиты уменьшается до 100 метров. Максимальная масса 400 тысяч тонн, из которых 300 тысяч тонн — мегатонные заряды. Корабль при среднем ускорении в 1 g мог бы разогнаться до скорости 3,3 % скорости света за десять дней и достичь Альфы Центавра всего за 130 лет.
Модель ядерного взрыволета «Орион», оснащенного двигателем «Дайсона»
Проект «Орион» закрыт еще в 1965 году и сейчас не рассматривается как перспективный, однако научные статьи с расчетами по различным вариантам двигателей Дайсона публикуются периодически и в 2002 году вышла научно-популярная книга «Проект Орион».
Вечный разум Дайсона
Вселенная обречена. Может быть всегда растущая энтропия нагреет мир до предела и тот погибнет, может быть расширение вселенной приведет к тому что мир замерзнет. Так или иначе, ресурсы вселенной как энергетические так и временные конечны. В 1979 году Фримен Дайсон предложил расчет по разделению конечного времени и энергии на бесконечное число промежутков работы и гибернации, благодаря которым бессметное общество сможет жить вечно по своим субъективным представлениям.
Для современных представлений о расширяющийся с ускорением вселенной такой расчет не подходит и обновление пока что не было создано. Впрочем, до смерти вселенной еще далеко.
Что еще названо в честь Дайсона
Паразитное число Дайсона
Если умножить паразитное число на коэффициент n его первые цифры станут последними, например 4*487 = 1948, значит 487 — 4-паразитное число Дайсона.
Оператор и серия Дайсона
Математические приемы из квантовой мехаинки.
Гипотеза Дайсона
Доказанная гипотеза из математического анализа.
Преобразование Дайсона
Фундаментальный метод в теории, изучающей целые числа. Использовался при доказательстве того что каждое четное целое число является суммой не более 6 простых чисел.
Дерево Дайсона
Гипотетическое растение, способное расти внутри кометы.
Гордон Фримен
Молчаливый герой серии игр Half-Life не случайно носит фамилию, совпадающую с именем известного физика. В концепте персонаж носил имя «Дайсон Пуанкаре» в честь Фримена Дайсона и математика Анри Пуанкаре. Концепт был немного изменен, но отсылка к Дайсону сохранилась.
Мечты о земле и о небе
Большинство людей, признанных успешными в чем-то были вынуждены отдать своему делу всю жизнь без остатка. Жизнь одна и таких дел не может быть много. Однако, Фримен Дайсон брался за проблемы из совершенно разных областей науки. Такая научная непоседливость дала огромное количество достижений и упоминаний в искусстве.
Кроме того, о проектах великого физика и его рукой написано множество научно-популярных книг и снят ряд документальных фильмов. Любопытное совпадение: самая популярная книга Дайсона называется почти так же как и сборник биографических заметок Циолковского «Мечты о земле и небе». Рекомендую обе одноименные книги к прочтению всем без исключения.
