Будущее человечества. Колонизация Марса, путешествия к звездам и обретение бессмертия - Митио Каку

Технологии пятой волны (к которым относятся двигатели на антивеществе (антиматерии), световые паруса, термоядерные двигатели и нанокорабли), возможно, откроют нам потрясающие перспективы. Двигатели на антивеществе, которыми снабжены космические корабли в сериале «Звездный путь», когда-нибудь могут стать реальностью. Они будут использовать величайший источник энергии во Вселенной — прямое превращение материи в энергию при аннигиляции вещества и антивещества^[40].

Антивещество (антиматерия) представляет собой противоположность веществу (материи), в частности, в том смысле, что частицы и античастицы обладают противоположным электрическим зарядом. Антиэлектрон имеет положительный заряд, антипротон — отрицательный. В старших классах школы я пытался исследовать антивещество, помещая капсулу с натрием-22, который испускает антиэлектроны, в конденсационную камеру и фотографируя красивые треки, оставленные антивеществом. Затем я построил бетатрон — ускоритель частиц на 2,3 млн электронвольт — в надежде исследовать свойства антивещества.

Когда вещество и антивещество соприкасаются, они аннигилируют, превращаясь в чистую энергию, так что можно сказать, что эта реакция высвобождает энергию со 100 %-ной эффективностью. Для сравнения: эффективность ядерного оружия составляет всего 1 %; большая часть энергии, содержащейся в водородной бомбе, теряется напрасно.

По идее, конструкция ракеты на антивеществе должна быть довольно простой. Антивещество в ней должно храниться в безопасных контейнерах и постепенно тонкой струйкой подаваться в камеру. Там оно должно соединяться с обычным веществом, взрываться и давать вспышку гамма- и рентгеновского излучения. Высвободившаяся при этом энергия будет выбрасываться через отверстие в реактивное сопло, создавая тягу.

Как отметил Джеймс Бенфорд, ракеты на антивеществе — любимая идея поклонников научной фантастики, но с их строительством могут появиться серьезные проблемы. Во-первых, антивещество хоть и возникает в результате естественных процессов, но лишь в относительно небольших количествах, так что нам пришлось бы производить его в больших количествах для использования в двигателях. Первый атом антиводорода, в котором антиэлектрон обращается вокруг антипротона, был получен в 1995 г. в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) в Женеве. Для этого пучок обычных протонов был направлен на мишень из обычного вещества. В результате столкновений было получено несколько частиц-антипротонов. Мощнейшие магнитные поля отделили протоны от антипротонов, разогнав их в противоположных направлениях. Затем антипротоны замедлили, поместили в магнитную ловушку и там соединили с антиэлектронами, чтобы получился антиводород. В 2016 г. физики ЦЕРН, получив антиводород, проанализировали окружающие антипротон антиэлектронные оболочки. Как и ожидалось, обнаружилось точное соответствие между энергетическими уровнями антиводорода и обычного водорода.

В ЦЕРН объявили: «Если бы мы сумели собрать всю антиматерию, которую когда-либо получали в ЦЕРН, и аннигилировать его с материей, мы получили бы достаточно энергии, чтобы питать обычную электрическую лампочку в течение нескольких минут». Для ракеты потребуется гораздо больше антивещества. К тому же антивещество — самая дорогая форма материи в мире. В сегодняшних ценах 1 г антивещества обошелся бы примерно в $70 трлн. Его можно получить (в очень маленьких количествах) только при помощи ускорителей частиц, строительство и эксплуатация которых обходится чрезвычайно дорого. Сооружение Большого адронного коллайдера (БАК) в ЦЕРН — самого мощного ускорителя в мире — стоило более $10 млрд, но он может выдать лишь очень тонкий пучок антивещества. Попытка собрать его в количестве, достаточном для заправки космического корабля, обанкротила бы Соединенные Штаты.

Гигантские современные машины для сталкивания атомов универсальны и используются исключительно как исследовательские инструменты — для производства антивещества они совершенно неэффективны. Частичным решением этой проблемы могла бы стать организация специальных заводов для его поточного производства. В этом случае, как считает Харольд Герриш из НАСА, стоимость антивещества могла бы снизиться до $5 млрд за 1 г.