Как работает сфера Дайсона

Наука и жизньНаука

Дайсон против Дайсона

Павел Амнуэль

Один из вариантов «сферы Дайсона» — гипотетической сферической оболочки большого радиуса со звездой в центре.

У советского писателя-фантаста Генриха Альтова есть небольшой рассказ «Девять минут». В далёком будущем возвращается домой звездолёт с экипажем. Фотонный двигатель развёрнут в сторону Солнечной системы, и поэтому люди не могут видеть ни наше светило, ни родную Землю. Когда торможение заканчивается и двигатель отключается, экипаж собирается в рубке, чтобы посмотреть, наконец, на свой дом. Но… Земли нет! Можно представить ужас людей, много лет путешествовавших в космосе, когда они понимают: у них больше нет дома! Проходит несколько кошмарных минут, прежде чем один из членов экипажа догадывается, что, возможно, люди научились ловить весь падающий на Землю видимый и ультрафиолетовый свет. И тогда почти одновременно все «подумали об инфраизображении. Если научились ловить весь падающий на Землю видимый и ультрафиолетовый свет, то инфракрасные, тепловые, лучи должны по-прежнему излучаться в пространство: иначе нарушится тепловой баланс планеты».

Звездолётчики переключают приборы на инфракрасный диапазон, и вот она — Земля, как ни в чём не бывало, плывёт в космическом пространстве!

Рассказ написан в 1964 году. Похожую идею предложил четырьмя годами раньше американский физик Фримен Дайсон (1923—2020). Не столько идею, сколько расчёты гигантского сооружения, которое перехватывало бы всю энергию Солнца, чтобы использовать её на благо человечества. А если бы такое сооружение создали представители иных высокоразвитых цивилизаций, то мы с Земли могли бы наблюдать удивительные инфракрасные звёзды и понять: у нас есть братья по разуму!

Так возникло новое направление в астрофизических исследованиях: поиски астроинженерной деятельности во Вселенной. Сооружения иных высокоразвитых цивилизаций получили название «сфер Дайсона», хотя он сам не хотел, чтобы концепция «сферы» была названа в его честь.

Родился Фримен Дайсон в 1923 году в Англии в семье гуманитариев. Отец его, Джордж, был известным музыкантом, мать, Милред Люси, — юристом. Часто дети идут по стопам родителей, но Фримен не увлёкся ни музыкой, ни юриспруденцией. Он с детства читал энциклопедии вместо школьных учебников и научную фантастику вместо сказок. Его сестра Алиса рассказывала, что брат постоянно что-то вычислял на клочках бумаги. По натуре Фримен — настоящий учёный, который постоянно находился в поиске. «Он считал, что в науке важно быть не ортодоксом, а заниматься новым, подрывать устои, бунтовать! Он делал это всю жизнь», — сказал о Дайсоне друг его юности, невролог Оливер Сакс.

Фримен Дайсон.

В 1947 году Дайсон поступил в Корнеллский университет в США. Там произошло важное событие: он познакомился с уже известным в те годы Ричардом Фейнманом, будущим нобелевским лауреатом. Фейнман занимался квантовой механикой и участвовал в американском «атомном проекте».

Квантовая физика продемонстрировала свои возможности ещё до войны, когда учёные открыли цепную реакцию деления атомов урана и стало ясно, что при этом выделяется огромная энергия. Как говорил другой участник атомного проекта Энрико Ферми: «Это была красивая физика». Но красивая физика вынужденно привела к созданию самого грозного оружия и гибели японских городов Хиросима и Нагасаки. К счастью, квантовая физика позволила сконструировать не только бомбы, но и атомные электростанции, и атомные ледоколы, и атомные реакторы, создающие изотопы, в том числе и для медицинских целей.

Квантовая механика представлялась наукой не просто красивой, но непогрешимой — её прогнозы оправдывались всегда! С помощью квантовой механики учёные объяснили даже, почему светят звёзды (см. статью «Почему светят звёзды?», «Наука и жизнь» № 1, 2020 г.).

Следует ли удивляться, что бунтарь Фримен Дайсон выбрал для будущих занятий именно квантовую физику? С таким учителем, как Ричард Фейнман, выбор был предопределён. По характеру они оказались очень похожи — оба были научными «еретиками».

В конце 1940-х годов квантовая теория была всё ещё далека от завершения. Оставалось множество белых пятен и нерешённых проблем. Например: как взаимодействуют заряженные частицы? Как они излучают и поглощают фотоны? Всякий раз, рассчитывая взаимодействия и превращения заряженных частиц, физики-теоретики получали в решениях сложнейших уравнений бесконечно большие величины — так называемые сингулярности. Сингулярность — то, что невозможно описать. То, что происходит в сингулярности, не соответствует известным закономерностям и правилам. Некоторые сингулярности проходят даже в школьной математике. Например, все знают, что делить на ноль нельзя. Получается нечто бесконечно большое, невозможное и не существующее в реальном мире.

Решая уравнения квантовой электродинамики, физики получали в результате сингулярности. Квантовая механика работала, а квантовая электродинамика топталась на месте, и если бы выход не был найден, у нас сейчас не было бы смартфонов, быстродействующих компьютеров, гигантских коллайдеров и многого другого, без чего мы не представляем сегодняшнюю цивилизацию.

Физики нуждались в новой, неожиданной идее, способной избавить теорию от сингулярностей. Такая бунтарская идея пришла в голову Ричарду Фейнману в 1949 году. То, что он придумал, получило название «диаграмм Фейнмана», поскольку внешне его рисунки действительно напоминали диаграммы: линии, прямые и волнистые, изображали траектории частиц, точки пересечения соответствовали самим частицам. Точки, линии и стрелки символизировали определённые физические процессы. Диаграммы получались очень сложными, но сингулярности исчезали. Однако мало кто мог в то время разобраться в диаграммах Фейнмана, и одним из немногих оказался Фримен Дайсон. Он не просто разобрался, но увидел и сумел объяснить физикам-теоретикам, какой глубокий физический смысл в диаграммах заключался. Можно сравнить фейнмановские диаграммы с замечательным механизмом, к которому Дайсон подобрал горючее и заставил работать. Теоретическая квантовая электродинамика сдвинулась, наконец, с «мёртвой точки» и начала быстро и успешно развиваться.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Человек в красной феске Человек в красной феске

Поговорим о Роберте Рафаиловиче Фальке

Наука и жизнь
Мемуары, недвижимость и пенсия: на чем зарабатывает Камала Харрис Мемуары, недвижимость и пенсия: на чем зарабатывает Камала Харрис

Что еще, кроме работы в правительстве, приносит Камале Харрис доход?

Forbes
Драма 1921 года Драма 1921 года

Страшные подробности царь-голода в Советской России 1921 года

Дилетант
Виртуальный секс: замена реальному или приятный бонус для двоих? Виртуальный секс: замена реальному или приятный бонус для двоих?

Чем именно хорош «вирт» и почему не стоит от него отказываться?

Psychologies
Космические тоннели Космические тоннели

Существуют ли кротовые норы?

Популярная механика
Будь собой: почему не стоит стесняться своих чувств и эмоций Будь собой: почему не стоит стесняться своих чувств и эмоций

Почему не нужно бояться эмоций и как их распознать

Cosmopolitan
Наши в Европе Наши в Европе

Советские физики и «революция вундеркиндов»

Наука и жизнь
Есть ли смысл ставить гребенку на водоснабжение? Есть ли смысл ставить гребенку на водоснабжение?

Как лучше спроектировать систему водоснабжения в доме?

CHIP
Следи за собой Следи за собой

Статистика знает все обо всех, но ничего не скажет о конкретном человеке

Популярная механика
«Ты должен пахать на людей, и тебе должно нравиться это»: принципы Ирины Хакамады «Ты должен пахать на людей, и тебе должно нравиться это»: принципы Ирины Хакамады

Ирина Хакамада делится советами для тех, кто хочет преуспеть в жизни

Forbes
Диалектика времени Диалектика времени

Как размышления о времени способствовали развитию человеческой цивилизации

Вокруг света
Пятиминутный путеводитель по... странному спорту Пятиминутный путеводитель по... странному спорту

Странные виды спорта, странные чемпионы и странные спортивные снаряды

Esquire
Исчезающая пища Исчезающая пища

К середине XXI века бананы и кофе снова могут оказаться деликатесами

Вокруг света
Кирилл Рихтер: «Мне нравится жить в мире звуков» Кирилл Рихтер: «Мне нравится жить в мире звуков»

Кирилл Рихтер – о музыке, социофобии и садах на крыше

Cosmopolitan
Бактерии питаются энергией и помогают добывать золото Бактерии питаются энергией и помогают добывать золото

Бактерии помогают извлекать металлы из руды уже миллионы лет

Популярная механика
Под именем Палласа: 5 представителей флоры и фауны России, названных в честь великого ученого Под именем Палласа: 5 представителей флоры и фауны России, названных в честь великого ученого

В честь Палласа названо множество видов животных, растений и даже кратер на Луне

Вокруг света
Малая родина Малая родина

Одним июльским днем в Тверской области выпал снег

Вокруг света
Профессиональная капиталистка: как дочь рабов стала одной из богатейших женщин Калифорнии Профессиональная капиталистка: как дочь рабов стала одной из богатейших женщин Калифорнии

Биография Мэри Эллен Плезант, многие детали которой до сих пор окутаны тайной

Forbes
Фильмы про вампиров: список лучших картин, на которых ты не будешь зевать («Сумерек» тут нет) Фильмы про вампиров: список лучших картин, на которых ты не будешь зевать («Сумерек» тут нет)

Подборка лент про вампиров с высокими оценками критиков и интересным сюжетом

Playboy
Шелушение, тусклость, слипшиеся пряди: что не так с бессульфатными шампунями? Шелушение, тусклость, слипшиеся пряди: что не так с бессульфатными шампунями?

Так ли плохи сульфаты и пена, которую они образуют?

Cosmopolitan
Забыть нельзя повторить: адские ногти знаменитостей Забыть нельзя повторить: адские ногти знаменитостей

Звезды не были бы звездами, если бы им хватало стандартных методов самовыражения

Cosmopolitan
Топ-5 самых известных животных-футбольных предсказателей и что о них думают ученые Топ-5 самых известных животных-футбольных предсказателей и что о них думают ученые

Могут ли животные-предсказатели угадать результат матча?

Популярная механика
Жена после развода сразу нашла другого: что делать и каких ошибок избегать Жена после развода сразу нашла другого: что делать и каких ошибок избегать

Как быть, если у твоей бывшей появился кто-то другой

Playboy
По €100 за килограмм: из чего и как на самом деле создаются духи По €100 за килограмм: из чего и как на самом деле создаются духи

Главы из книги Луки Турина «Секрет аромата: от молекулы до духов»

Forbes
Апелляция и кости Апелляция и кости

Как схватка двух динозавров стала предметом громкого судебного разбирательства

Популярная механика
От Элтона Джона до Манижи: кто из звезд профессионально учился музыке От Элтона Джона до Манижи: кто из звезд профессионально учился музыке

Оказывается, Манижа училась играть на пианино, а Эд Ширан пел в церковном хоре

РБК
Как вырастить мальчика, который не побоится быть уязвимым (и зачем ему это) Как вырастить мальчика, который не побоится быть уязвимым (и зачем ему это)

Что могут сделать родители, чтобы их сын не боялся быть искренним и уязвимым?

Psychologies
Маленький Будда: как поездка в Бурятию научила меня любить Маленький Будда: как поездка в Бурятию научила меня любить

Ренат Давлетгильдеев о главной поездке в своей жизни

СНОБ
Как сбросить 10 кг за месяц: можно ли быстро похудеть и не навредить здоровью Как сбросить 10 кг за месяц: можно ли быстро похудеть и не навредить здоровью

Последствия резкого похудения могут обернуться катастрофой для организма

Cosmopolitan
Балерина Анна Павлова: она любила лишь раз и не бежала от ранней смерти Балерина Анна Павлова: она любила лишь раз и не бежала от ранней смерти

История балерины Анны Павловой

VOICE
Открыть в приложении