Может ли «невозможный двигатель» работать на… темной материи?

На каждое действие есть равное и противоположное действие. У этой формулировки третьего закона Ньютона есть два очень важных следствия: во-первых, существует физическая величина, которая всегда сохраняется во Вселенной (импульс), а во-вторых, законы физики одинаковы независимо от вашего положения в пространстве. Казалось бы, всего несколько слов, а на самом деле они колоссальны, потому что если вы хотите заставить, например, устройство изменить движение, вам нужно его чем-нибудь толкнуть.

Это может быть выхлоп ракеты, шины против дороги, колеса поезда на рельсах или даже фотоны, отраженные от паруса. Единственное, что запрещено, это так называемый инерцоид, движение без реакции: действие без противодействия. Именно это представляет собой EMDrive — «невозможный» космический двигатель, который недавно прошел испытания NASA — по заявлениям. Если он действительно работает как заявлено, он нарушает законы физики. Но есть и возможная лазейка: возможно, реакция есть, просто мы ее не нашли. Возможно, противодействие имеет место, но связано с темной материей.

Согласно стандартной модели космологии, большая часть материи во Вселенной представлена не в форме атомов или других известных частиц. Нет, подавляющее большинство массы — с разницей в 5-к-1 — представлено темной материей. Темная материя не сталкивается, не аннигилирует и больше никак не взаимодействует с собой или с другой, обычной материей при любых известных обстоятельствах, за исключением гравитационного воздействия. Прошло 13,8 миллиарда лет, и она образовала гигантскую, диффузную космическую сеть гравитационных структур и огромные сферические гало свыше миллиона световых лет в диаметре, которые обрамляют галактики вроде нашей. Темная материя пронизывает каждый квадратный сантиметр нашей галактики, включая и каждый объект на Земле, даже наши тела, хоть и в небольших количествах.

При определенных условиях, впрочем, темную материю можно уговорить взаимодействовать с самой собой или с обычной материей, в зависимости от ее природы. Если темная материя состоит из вимпов (WIMP, слабо взаимодействующая массивная частица), то продукт ее аннигиляции можно было бы засечь детекторами. Если же она состоит из очень легких, маломассивных частиц аксионов, она может соединяться с фотонами при определенных условиях. Один из экспериментов, направленных на поиск аксионов, известен как ADMX: эксперимент аксионов темной материи. В 1983 году физик Пьер Сикиви изобрел аксионный галоскоп, используя тот факт, что аксион-фотонную пару можно усилить при определенных условиях внутри электромагнитной полости. Спустя двадцать лет из этого исследования вырос ADMX и с тех пор ученые ищут аксионы, используя этот метод.

На сегодняшний день, к сожалению, их поиски пока не увенчались успехом. Возможно, аксионов не существует, либо, если они не являются темной материей, возможно, они обладают иными параметрами, для которых ADMX недостаточно чувствителен. Вполне возможно, различные электромагнитные полости с разными свойствами могли бы активировать взаимодействия с аксионами. Возможно, фотон-аксионные взаимодействия могут происходить, а полость с нужными параметрами привела к рассеянию аксионов в предпочтительном направлении. Маловероятно, но вполне допустимо, что EMDrive и есть такая полость.

Как это работает? В каждый отдельно взятый момент времени частицы темной материи проходят через все области пространства, не стесняясь присутствия материи или других частиц Стандартной модели. В электромагнитной полости фотоны определенной частоты скачут во всех направлениях, сохраняя импульс и не создавая тяги. Но если фотоны движутся в определенном направлении — например, в заднюю часть полости — они могут сталкиваться с частицами темной материи и будет вот что:

• Фотон меняет импульс и движется «чуть меньше назад» и «чуть больше вперед», чем было до столкновения с частицей темной материи.
• Фотон сталкивается со стенкой полости, отражается от нее и передает импульс в направлении вперед для самой полости.
• Частица темной материи получает импульс как раз в противоположном направлении: назад.
• Импульс сохраняется, потому что темная материя уносит его прочь, равный и противоположный по величине тому, что поглощает полость.

Если происходит именно это, то это настоящий прорыв. Поскольку темная материя есть повсюду, нам понадобился бы только источник энергии — не топливо — чтобы путешествовать по всей галактике, потому что в любой точке пространства мы найдем достаточно темной материи. Это значит, что мы получим метод обнаружения темной материи, которая случайно сталкивается с нашими частицами, и подтвердим таким образом ее существование. И что самое главное, все это не нарушает законы физики, ведь импульс сохраняется.

Результаты испытаний EMDrive до сих пор не доказаны. Есть много потенциальных источников ошибок, и сами измерения указывают на большую неопределенность в том, сколько производится тяги. Пока непонятно, действительно ли существует тяга без реакции или же существует реакция, которую мы пока не нашли.

Да и объяснение с участием темной материи тоже будет сомнительным, поскольку требует много неизвестных. Но если EMDrive действительно работает, используя темную энергию, и тайна темной материи будет решена раз и навсегда самым неожиданным образом, это будет просто невероятно.