Притягивающий луч — это устройство, которое может притягивать один объект к другому на расстоянии. [1] Эта концепция берет свое начало в художественной литературе: этот термин был придуман Э. Э. Смитом (обновление его более раннего «луча притяжения») в его романе « Космические гончие IPC» (1931). С 1990-х годов технологии и исследования работали над тем, чтобы воплотить это в жизнь, и добились определенного успеха на микроскопическом уровне. [2] Реже аналогичный луч, который отталкивает, известен как прессорный луч или репульсорный луч . Гравитационные импульсные и гравитационные пучки традиционно являются областями исследований маргинальной физики , которые совпадают с концепциями притягивающих и отталкивающих лучей.
Силовое поле , ограниченное коллимированным пучком с четкими границами, является одной из основных характеристик притягивающих и отталкивающих пучков. [3] Некоторые теории, предсказывающие эффекты отталкивания, не подпадают под категорию притягивающих и отталкивающих лучей из-за отсутствия коллимации поля. Например, Роберт Л. Форвард из исследовательской лаборатории Хьюза, Малибу, Калифорния, показал, что общая теория относительности позволяет генерировать очень краткий импульс гравитационноподобной силы отталкивания вдоль оси винтового тора, содержащего ускоренное конденсированное вещество . [4] [5]
Основное научное сообщество приняло работу Форварда. Вариант теории Буркхарда Хайма , предложенный Вальтером Дрёшером из Института Grenzgebiete der Wissenschaft (IGW), Инсбрук, Австрия, и Йохамом Хойзером из Университета прикладных наук и CLE GmbH, Зальцгиттер, Германия, предсказал, что силовое поле отталкивания гравитофотонов может быть создается кольцом, вращающимся над очень сильным магнитным полем. [6] Теория Хайма и ее варианты рассматривались основным научным сообществом как маргинальная физика. Но работы Форварда, Дрёшера и Хойзера нельзя было рассматривать как форму репульсорного или притягивающего луча, поскольку предсказанные импульсы и эффекты поля не ограничивались четко определенной, коллимированной областью.
Ниже приводится краткое изложение экспериментов и теорий, которые напоминают концепции репульсора и притягивающего луча:
В июле 1960 года журнал Missiles and Rockets сообщил, что Мартин Н. Каплан, старший инженер-исследователь отдела электроники Ryan Aeronautical Company, Сан-Диего, провел эксперименты, которые оправдывали планирование более комплексной исследовательской программы. В статье указывалось, что такая программа в случае успеха даст либо «ограниченные», либо «общие» результаты. Он описал «ограниченные» результаты как способность направлять антигравитационную силу к второму телу или от него. [7]
В 1964 году копенгагенские физики Л. Халперн из Университетского института теоретической физики и Б. Лоран из Нордискского института теоретической атомфизики указали, что общая теория относительности и квантовая теория позволяют генерировать и усиливать гравитоны способом , подобным ЛАЗЕРУ. [8] Они показали, что в принципе гравитационное излучение в виде пучка гравитонов может генерироваться и усиливаться с помощью индуцированного резонансного излучения.
В 1992 году российский профессор химии Евгений Подклетнов и Ниеминен из Технологического университета Тампере , Тампере, Финляндия, обнаружили колебания веса объектов над массивным композитным сверхпроводящим диском, левитирующим электромагнитным путем. [9] Три года спустя Подклетнов сообщил о результатах дополнительных экспериментов с тороидальным дисковым сверхпроводником. [10] Они сообщили, что вес образцов будет колебаться от -2,5% до +5,4% по мере увеличения угловой скорости сверхпроводника. Определенные комбинации угловых скоростей диска и электромагнитных частот приводили к стабилизации колебаний на уровне 0,3%. Эксперименты с тороидальным диском дали снижения, достигавшие максимум 1,9–2,1%. В отчетах об обеих сериях экспериментов говорилось, что область потери веса имела цилиндрическую форму и простиралась вертикально как минимум на три метра над диском. О качественных наблюдениях выталкивающей силы на границе экранированной зоны сообщалось осенью 1995 г. [11]
Итальянский физик Джованни Моданезе, будучи научным сотрудником Фон Гумбольдта в Институте физики Макса Планка , предпринял первую попытку дать теоретическое объяснение наблюдениям Подклетнова. [11] [12] Он утверждал, что эффект экранирования и небольшая выталкивающая сила на границе экранированной зоны могут быть объяснены с точки зрения индуцированных изменений локальной космологической постоянной . Моданесе описал несколько эффектов, связанных с реакцией на изменения локальной космологической постоянной внутри сверхпроводника. [13] Нин Ву из Института физики высоких энергий, Пекин, Китай, использовал квантово-калибровочную теорию гравитации, которую он разработал в 2001 году, для объяснения наблюдений Подклетнова. [14] Теория Ву оценивает относительную потерю силы тяжести как 0,03% (на порядок меньше заявленного диапазона 0,3–0,5%).
Несколько групп по всему миру пытались повторить наблюдения Подклетнова по гравитационному экранированию. [15]
К.С. Унникришан из Института фундаментальных исследований Тата, Бомбей, Индия , показал, что если бы эффект был вызван гравитационным экранированием, форма экранированной области была бы похожа на тень от гравитационного щита. Например, форма экранированной области над диском будет конической. Высота вершины конуса над диском будет зависеть прямо от высоты защитного диска над землей. [16] Подкельтнов и Ниеминен описали форму области потери веса как цилиндр, проходящий через потолок над криостатом .
Группа ученых Австралийского национального университета под руководством профессора Андрея Роде создала устройство, похожее на притягивающий луч, для перемещения мелких частиц на расстояние 1,5 метра по воздуху. [17] Однако вместо создания нового гравитационного поля устройство использует лазерный луч Лагерра-Гаусса в форме пончика , который имеет кольцо света высокой интенсивности, окружающее темное ядро вдоль оси луча. Этот метод удерживает частицы в центре луча с помощью фотофореза , в результате чего освещенные участки частицы имеют более высокую температуру и, таким образом, передают больший импульс молекулам воздуха, падающим на поверхность. Благодаря этому методу такое устройство не может работать в космосе из-за нехватки воздуха. Тем не менее, профессор Роде утверждает, что у устройства есть практическое применение на Земле, например, транспортировка микроскопических опасных материалов и других микроскопических объектов. [18] [19]
Джон Синко и Клиффорд Шлехт исследовали форму лазерного движения с обратной тягой в виде макроскопического лазерного притягивающего луча. Предполагаемые применения включают дистанционное манипулирование космическими объектами на расстояниях до 100 км, [20] удаление космического мусора, [21] и поиск дрейфующих астронавтов или инструментов на орбите. [22]
Функционирующие притягивающие лучи на основе соленоидальных мод света были продемонстрированы в 2010 году физиками Нью-Йоркского университета . [23] Спиральное распределение интенсивности в этих недифрагирующих лучах имеет тенденцию улавливать освещенные объекты и, таким образом, помогает преодолеть давление излучения, которое обычно смещало бы их вниз по оптической оси. Орбитальный угловой момент , передаваемый от спиральных волновых фронтов луча соленоида, затем перемещает захваченные объекты вверх по спирали. НАСА рассматривает как бесселевские, так и соленоидальные притягивающие лучи для применения в освоении космоса . [24]
В марте 2011 года китайские ученые предположили, что особый тип луча Бесселя (особый вид лазера, который не дифрагирует в центре) способен создавать эффект притяжения на данную микроскопическую частицу, подталкивая ее к источнику луча. . [25] [26] В основе физики лежит максимизация рассеяния вперед за счет интерференции мультиполей излучения. Они ясно показывают, что необходимым условием реализации отрицательной (притягивающей) оптической силы является одновременное возбуждение мультиполей в частице. Если полная проекция импульса фотона вдоль направления распространения мала, возможна оптическая сила притяжения. [27] Китайские ученые предполагают, что такая возможность может быть реализована для оптических микроманипуляций.
В 2013 году ученым из Института научных приборов (ISI) и университета Сент-Эндрюс удалось создать притягивающий луч, который притягивает объекты на микроскопическом уровне. [28] В новом исследовании говорится, что, хотя этот метод и является новым, он может иметь потенциал для биомедицинских исследований. Профессор Земанек сказал: «Вся команда провела несколько лет, исследуя различные конфигурации доставки частиц светом. Доктор Брзобохати сказал: «Эти методы открывают новые возможности для фундаментальной фотоники, а также для применения в науках о жизни». сказал: «Из-за сходства оптических и акустических манипуляций с частицами мы ожидаем, что эта концепция вдохновит на захватывающие будущие исследования в областях, выходящих за рамки фотоники».
Физики из Австралийского национального университета успешно создали обратимый притягивающий луч, способный транспортировать частицы «диаметром в одну пятую миллиметра на расстояние до 20 сантиметров, что примерно в 100 раз дальше, чем в предыдущих экспериментах». По словам профессора Веслава Кроликовского из Исследовательской школы физики и техники, «демонстрация такого крупномасштабного лазерного луча является своего рода Святым Граалем для лазерных физиков». [29] Работа была опубликована в журнале Nature в 2014 году. [30] В том же году доктор Хорст Пунцманн и его команда из Австралийского национального университета разработали притягивающий луч, работающий на воде, который потенциально можно использовать для удержания нефти. разливов, контролировать плавучие объекты или изучать образование разрывов на пляжах. [31]
В 2015 году группа исследователей создала первый в мире звуковой притягивающий луч, который может поднимать и перемещать объекты с помощью звуковых волн. [32] Доступны инструкции по сборке собственного игрушечного акустического притягивающего луча. [33]
В 2016 году ученые Университета Райса обнаружили, что катушки Теслы могут генерировать силовые поля , способные манипулировать материей (процесс, называемый теслафорезом). [34]
В декабре 2016 года исследователи смогли манипулировать движением бактериальных клеток с помощью притягивающего луча, тем самым открыв возможность того, что притягивающие лучи могут найти будущее применение в биологических науках. [35]
В 2018 году исследовательская группа из Тель-Авивского университета под руководством доктора Алона Бахабада экспериментально продемонстрировала оптический аналог знаменитого винта Архимеда, в котором вращение лазерного луча спиральной интенсивности передается осевому движению оптически захваченных частиц микрометрового масштаба. , переносимые по воздуху частицы на основе углерода. С помощью этого оптического шнека частицы легко перемещались с контролируемой скоростью и направлением вверх или вниз по течению оптического потока на расстояние более полусантиметра. [36]
В 2019 году исследователи из Вашингтонского университета использовали притягивающий луч для сборки наноразмерных материалов в процессе, который они называют «фотонной нанопайкой». [37]
.png/1280px-Walton(reconstitution).png)
В научно-фантастических фильмах и телепередачах лучи притягивающего и репульсорного лучей обычно изображаются как слышимые узкие лучи видимого света, охватывающие небольшую целевую область. Притягивающие лучи чаще всего используются на космических кораблях и космических станциях . Обычно их используют тремя способами:
В последнем случае обычно можно применять контрмеры против притягивающих лучей. Они могут включать в себя прижимные балки (более сильный прижимной луч будет противодействовать более слабому притягивающему лучу) или плоские ножницы , также называемые плоскостями сдвига (устройство, которое «разрезает» притягивающий луч и делает его неэффективным). В некоторых вымышленных реалиях щиты могут блокировать притягивающие лучи, а генераторы можно вывести из строя, отправив большое количество энергии обратно вверх по лучу к его источнику.
Притягивающие и прижимные лучи можно использовать вместе в качестве оружия: притягивая одну сторону вражеского космического корабля и отталкивая другую, можно создать серьезные разрушительные эффекты сдвига в его корпусе. Другим способом разрушительного использования таких лучей является быстрое чередование давящей и тянущей силы с целью нанесения структурного повреждения корабля, а также нанесения смертельного удара его экипажу.
Два объекта, сближаемые притягивающим лучом, обычно притягиваются к их общему центру тяжести. Это означает, что если небольшой космический корабль направит притягивающий луч на большой объект, например планету, корабль будет притягиваться к планете, а не наоборот. [3]
В «Звездном пути» предполагается, что притягивающие лучи работают, помещая цель в фокус интерференционной картины подпространства/гравитонов, создаваемой двумя лучами излучателя. При правильном манипулировании лучами цель рисуется вместе с интерференционной картиной. Мишень можно перемещать к излучателю или от него путем изменения полярности лучей. Дальность действия луча влияет на максимальную массу, которую может перемещать излучатель, и излучатель подвергает свою закрепляющую конструкцию значительной силе. [38]
