Процесс извлечения антивещества из вакуума может решить проблему межзвёздных перелётов.
Недавно в рамках проекта Icarus Interstellar, ставящего своей целью создание к 2012 году реализуемого концепта межзвёздного корабля, появилось несколько публикаций, касающихся возможности разработки аппарата, развивающего субсветовую скорость на основе реактивного импульса, получаемого при аннигиляции антивещества.
Причём впервые был предложен относительно реалистичный и эффективный способ генерации антивещества прямо на борту корабля, с использованием одного лишь вакуума — а точнее, его поляризации.
Как известно, дальше всех улетевший от Земли предмет, сделанный человеком, — это « Вояджер-1», запущенный в 1977 году и удаляющийся от нас со скоростью 16 км/с. Такой неспешной поступью он добрался бы до ближайшей звезды через 70 тыс. лет. Несколько непрактично, не находите? Но каковы альтернативы?
Концепт VARIES делит корабль на две части: сзади — разгонный блок, спереди — жилой отсек, составленный из сферических модулей. (Здесь и ниже иллюстрации Adrian Mann.)
НАСА, например, разрабатывает Solar Probe («Солнечный зонд»), который после серии гравитационных манёвров направится к звезде с рекордной скоростью чуть более 200 км/с. Такой зонд мог бы долететь до ближайшей звезды всего за 6 450 лет. В общем, уравнение Циолковского в действии, то есть космические путешествия на нужной скорости не только недостижимы, но и непредставимы?
Не совсем так. Теоретически выходом из проблемы могло бы стать использование сáмого энергоёмкого из известных человечеству энергоносителей — антиматерии. Именно её Icarus Interstellar и предлагает использовать в «Межзвёздной исследовательской ракетной системе на основе получения антиматерии из вакуума» ( Vacuum to Antimatter-Rocket Interstellar Explorer System, VARIES). Проблема лишь в том, что во всём мире за год вырабатывается всего 10 нг антивещества, и о налаженной технологии такого производства пока говорить не приходится (антиматерия получается как побочный продукт работы крупных ускорителей). Впрочем, создание ловушек для удержания антивещества идёт весьма успешно: в 2010 году физикам впервые удалось кратковременно поймать атомы антивещества в ловушке Пеннинга, встроенной внутрь ловушки Иоффе — Питчарда. В общей сложности было поймано 38 атомов, которые удерживались 172 мс. А уже в мае 2011-го результаты удалось значительно улучшить, захватив 309 антипротонов, которые удерживались 1 000 с.
Несмотря на проблемы с производством антивещества, надежда на использование такого вида топлива для межзвёздного корабля пока жива. Ведь есть ещё рождение электрон-позитронных пар, предсказанное Дж. С. Швингером около полувека назад, и оно действительно соблазняет нас мыслью о том, что дело межзвёздных перелётов не так безнадёжно. Поясним: при достижении определённой плотности электрического поля наступает так называемая швингеровская интенсивность — состояние, при котором швингеровский лимит превышен и электрон-позитронные пары появляются непосредственно из вакуума, самого доступного ресурса открытого космоса.
Короткое отступление. В отличие от теоретического вакуума — абсолютной пустоты, — реальный вакуум пуст лишь условно. Сколько ни откачивай атомы и прочее из замкнутого пространства, в силу принципа неопределённости Гейзенберга в нём всегда смогут существовать виртуальные частицы, в том числе заряженные частицы в паре со своей античастицей ( петля на диаграмме Фейнмана). Такая петля (и пара частица — античастицы) может существовать лишь исчезающе короткое время, в пределах квантовой неопределённости. Но если на вакуум воздействует внешнее поле, то за счёт его (такого поля) энергии возможно рождение реальных пар частиц — античастиц. При их аннигиляции может выделяться существенное количество энергии, предположительно, не превосходящее энергию, затраченную на приложение внешнего поля к вакууму. Именно этот процесс разработчики концепции VARIES и называют Vacuum to Antimatter (получение антиматерии из вакуума).
Для достижения такой интенсивности нужны относительно мощные аттосекундные (одна квинтиллионная доля секунды)