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

Драма 1921 года Драма 1921 года

Страшные подробности царь-голода в Советской России 1921 года

Дилетант
Серж Танкян Серж Танкян

Правила жизни музыканта Сержа Танкяна

Esquire
Цивилизация Цивилизация

Они одними из первых освоили инженерию, завели армию, монархию и дипломатию

Вокруг света
Руководство биохакера: как правильный свет помогает обрести сверхчеловеческие способности Руководство биохакера: как правильный свет помогает обрести сверхчеловеческие способности

Отрывок из книги биохакера Дэйва Эспри о том, как освещение продляет жизнь

Forbes
Космические тоннели Космические тоннели

Существуют ли кротовые норы?

Популярная механика
Яд, пыльца и Шерлок Холмс: 5 поучительных книг о криминалистике Яд, пыльца и Шерлок Холмс: 5 поучительных книг о криминалистике

Лучший научпоп о криминальных расследованиях и тех, кто их проводит

Популярная механика
Электроны и котики Электроны и котики

Электроны и котики

Наука и жизнь
Временные парадоксы: 10 фильмов, которые взорвут твой мозг Временные парадоксы: 10 фильмов, которые взорвут твой мозг

Увлекательные фильмы о временных петлях и парадоксах — без «Дня сурка»

Cosmopolitan
Даниил Галицкий, изворотливый король Даниил Галицкий, изворотливый король

В Галицко-Волынском княжестве монголы впервые не смогли взять одну из крепостей

Дилетант
Применение парацетамола беременными связали с повышенным риском аутизма у детей Применение парацетамола беременными связали с повышенным риском аутизма у детей

Применение парацетамола при беременности повышает риск детских болезней

N+1
Строитель единой Руси? Строитель единой Руси?

Деспотическая вертикаль Батыя на века осталась в управлении Московского царства

Дилетант
20 вещей, которые должны быть в доме у каждой девушки к 30 годам 20 вещей, которые должны быть в доме у каждой девушки к 30 годам

Небольшой список вещей, которые пригодятся в квартире каждой девушки

Cosmopolitan
Против империи Против империи

Имам Шамиль — лидер, благодаря которому жил Северо-Кавказский имамат

Дилетант
Советы желающему запыхаться. 10 веселых кардиотренировок Советы желающему запыхаться. 10 веселых кардиотренировок

10 тренировочных мини-программ, каждая из которых занимает всего 20 минут

Maxim
Дайте с витрины Дайте с витрины

Этой осенью в США начнется большая распродажа предметов из коллекций музеев

Forbes
Власть огня: 6 самых разрушительных пожаров в истории Власть огня: 6 самых разрушительных пожаров в истории

В прошлом пламя легко стирало с лица земли целые города

Вокруг света
Стена и голос: как и почему модные бренды социально высказываются через уличное искусство Стена и голос: как и почему модные бренды социально высказываются через уличное искусство

Зачем модным брендам уличное искусство?

Esquire
«Такое могло произойти только с женщиной»: как Бритни Спирс лишили права контролировать свою личную жизнь, финансы и карьеру «Такое могло произойти только с женщиной»: как Бритни Спирс лишили права контролировать свою личную жизнь, финансы и карьеру

Как в XXI Бритни Спирс могла лишиться права распоряжаться собой?

Forbes
Как выглядели бы в реальной жизни знаменитые статуи Как выглядели бы в реальной жизни знаменитые статуи

Загляни в глаза древнеримским императорам и другим интересным личностям

Maxim
Агния Кузнецова: «Завидую своей героине» Агния Кузнецова: «Завидую своей героине»

Актриса Агния Кузнецова о своей новой роли, детях и юморе

Лиза
Таитянские улитки пережили вымирание сородичей благодаря любви к освещенным местам Таитянские улитки пережили вымирание сородичей благодаря любви к освещенным местам

Здесь им не страшны инвазивные хищные улитки.

N+1
В мире с животным В мире с животным

Вредные мифы о воспитании собак, которым верят многие владельцы

Cosmopolitan
Андрей Звягинцев — о стрессе в кино и спасении в литературе Андрей Звягинцев — о стрессе в кино и спасении в литературе

Режиссер Андрей Звягинцев — о кино, преподавании, молодежи и вечных ориентирах

РБК
Как не стать жертвой террора и других бед во время отдыха Как не стать жертвой террора и других бед во время отдыха

Как избежать столкновения с террористами?

Cosmopolitan
Стили рэпа: гид по самым заметным направлениям от восьмидесятых и до наших дней Стили рэпа: гид по самым заметным направлениям от восьмидесятых и до наших дней

Если ты еще думаешь, что весь рэп одинаковый — лови наш мини-справочник

Playboy
Вор в каноне: гид по фильмам про ограбления. Часть вторая Вор в каноне: гид по фильмам про ограбления. Часть вторая

Фильмы про ограбление — от всплеска темы в 1990-х до развития в 2010-х

Esquire
«Утро свежих мыслей» и другие способы сгенерировать отличную идею «Утро свежих мыслей» и другие способы сгенерировать отличную идею

Джейми Фальковски: приемы по выходу из творческого тупика

VC.RU
Стиль важнее трендов: как выглядеть актуально, одеваясь в классику Стиль важнее трендов: как выглядеть актуально, одеваясь в классику

Классический стиль уже давно перестал быть чем-то скучным и невзрачным

Cosmopolitan
Герои сериалов, лиц которых мы никогда не видели Герои сериалов, лиц которых мы никогда не видели

Закадровые персонажи, которые вошли в историю кинематографа

Maxim
Эмма Стоун: «Сыграть антигероя намного сложнее, чем какую-то милую девочку» Эмма Стоун: «Сыграть антигероя намного сложнее, чем какую-то милую девочку»

Эмма Стоун — о Круэлле и работе с животными

Cosmopolitan
Открыть в приложении