Фрімен Дайсон: космічний мрійник

Будь-яка дискусія про далеке космічне майбутнє неминуче торкнеться однієї чи кількох концепцій, які мають ім'я Фрімена Дайсона - американського фізика британського походження, професора Інституту перспективних досліджень, другого президента Інституту космічних досліджень. Крім фантастичних ідей, Дайсон поряд з Джуліаном Швінгером і Річардом Фейнманом є творцем квантової електродинаміки та інших суворих наукових теорій. Розкажемо про основні ідеї, яким Дайсон дав життя.

Квантова електродинаміка

Як усі пам'ятають із шкільної фізики, поки два протони стоять на місці їх відштовхує електростатичний бар'єр Кулону. Якщо частки почнуть рух, на них почне діяти магнетизм і сила Лоренца. Танець зарядів, що вийшов в результаті, створить електромагнітну хвилю, що дає нам світло, тепло, а головне, інтернет! Але, забудьте все, що ви вчили в школі! На малих масштабах виявляється, що протони обмінюються взаємодією через частинку-перенощик - фотон. У фотона є власне поле і він може рухатися не швидше за швидкість світла. Виходить, поле, яке здається безперервним у макросвіті, має дискретну природу, і всі сили діють із затримкою, а не миттєво. Наука, що збирає з уламків, що живе за своїми законами, глобальне електромагнітне поле,  – квантова електродинаміка. У засновників цієї науки Джуліана Швінгера та Річарда Фейнмана були різні математичні інструменти, проте Фрімен Дайсон помітив, що вони описують одну концепцію та сприяв об'єднанню ідей у загальну наукову базу.

Створення загальної теорії поля, яка б об'єднала електромагнітну силу, що утримує частини атомних ядер разом, силу відповідальну за розпад частинок і атомів і гравітацію - головне завдання сучасної науки. Без неї наше розуміння речей суперечливе та неповне.

Сфера Дайсона

Якщо космічна цивілізація задумає великі справи, їй потрібно отримати максимум енергії, яку можна витягти зі своєї сонячної системи. Один із передбачуваних варіантів цього – побудувати сферу Дайсона навколо зірки. До таких зірок та активних цивілізацій є сенс придивлятися - можливо вийти на контакт, а може триматися подалі.

Фріман Дайсон визнавав, що концепція мегасруктури навколо сонця не лише його ідея. Фізик надихнувся фантастичним романом «Творець Зірок» Олафа Степледона, написаного в 1937 році. Проте, у біографічному збірнику є згадка про космічні колонії у формі конуса, розгорнуті прозорою основою в бік Сонця. Конуси повинні бути об'єднані в мережу навколо Сонця, а флора та мешканці житимуть на стінках конуса.

Рой Дайсона

Розпочати освоєння енергетичного бюджету своєї зірки космічна цивілізація може з рою Дайсона – групи сонячних батарей, що пересилають енергію на планету чи станцію індуктивним методом. Виявити таку мегаструктуру можна транзитним способом – блиск зірки періодично спадатиме через перекриття батареями. Так само виявляють екзопланети навколо інших зірок. Рой Дайсона відрізнятиме від екзопланети відсутність гравітаційного впливу на навколишні об'єкти. Проте таку дію від екзопланет ми ще не навчилися фіксувати.

Бульбашка Дайсона

Проміжна стадія між частковим та повним захопленням ресурсів зірки – бульбашка Дайсона – несплошна, але досить щільна мегаструктура. Виявити її можна транзитним методом. Зміна блиску зірки має бути постійною.

Оболонка Дайсона

Повне покриття зірки якимось надміцним та легким матеріалом називають оболонкою Дайсона. Таку мегаструктуру можна виявити, помітивши гравітаційний вплив довкола темного місця. Так само відбувається пошук темної матерії та чорних дір без акреційного диска. Поки немає ідеї, здатної точно відокремити такий штучний об'єкт як сфера Дайсона від природних зі схожими ознаками. Однак, це цікава концепція, що мотивує з ще більшою цікавістю вдивлятися у зоряне небо.

Двигун Дайсона

Нашій цивілізації далеко до самостійного будівництва сфери Дайсона, проте, цивілізація є космічною. 12 квітня 1961 року людина вирушила до космосу, 20 липня 1969 року люди висадилися на Місяці, а далі космічна експансія якось не пішла. Одна з серйозних перешкод - ракети на хімічних двигунах досягли межі своєї ефективності. Найбожевільніша ідея, на чому ж летіти в космос якщо не на гасі – на гребені ударної хвилі від постійних атомних вибухів!

Як і в попередніх двох випадках, Дайсон не був автором ідеї. Проект пілотованого ядерно-імпульсного космічного вибухольоту «Оріон» запропонували Станіслав Улам та Корнеліус Еверетт у 1955 році. Фрімен Дайсон, який працював у Прінстоні, погодився продовжити разом з ними розробку і в 1959 був випробуваний дослідний зразок. Апарат у формі кулі та масою 133 кг здійснив стометровий стабільний політ за рахунок шести вибухів тротилових зарядів. Проте, «Оріон», здатний здійснювати міжзоряні перельоти, це концепція зовсім інших масштабів.

Енергетично-лімітований Оріон

Один з варіантів корабля «Оріон» - конструкція з діаметром відбиваючої плити близько 20 км. Такі розміри необхідні, щоб плита встигала охолонути у проміжку між вибухами. Загальна маса корабля має бути 40 мільйонів тонн, з них понад 30 мільйонів тонн - паливо, тобто мегатонні ядерні бомби. З 10 мільйонів тонн, що залишилися, 5 - це вага плити у вигляді півсфери з чистої міді, 5 - маса конструкції та корисного навантаження. Підриваючи за плитою бомбу кожні 100 секунд, корабель міг би розігнатися до 0,33 % швидкості світла за 100 років і прибути до Альфи Центавра через 1300 років польоту.

Імпульсно-лімітований Оріон

У скромнішому варіанті «Оріона» Фрімен Дайсон запропонував у проміжках між вибухами розпорошувати на плиту графітове мастило. Це знижує корисне навантаження, але корабель можна зробити компактнішим і швидшим. Діаметр плити зменшується до 100 метрів. Максимальна маса 400 тисяч тонн, з яких 300 тисяч тонн – мегатонні заряди. Корабель при середньому прискоренні в 1 g міг би розігнатися до швидкості 3,3% швидкості світла за десять днів і досягти Альфи Центавра лише за 130 років.

Проект «Оріон» закритий ще в 1965 році і він зараз не розглядається як перспективний, проте наукові статті з розрахунками різних варіантів двигунів Дайсона публікуються періодично і в 2002 вийшла науково-популярна книга «Проект Оріон».

Вічний розум Дайсона

Всесвіт приречений. Можливо зростаюча ентропія нагріє світ до грані і той загине, можливо розширення всесвіту призведе до того що світ замерзне. Так чи інакше, ресурси всесвіту як енергетичні, так і часові, кінцеві. У 1979 році Фрімен Дайсон запропонував розрахунок по розподілу кінцевого часу та енергії на нескінченну кількість проміжків роботи та глибокого сну, завдяки яким суспільство зможе жити вічно за своїми суб'єктивними уявленнями.

Для сучасних уявлень про всесвіт, що розширюється з прискоренням, такий розрахунок не підходить і оновлення поки що не було створено. Втім, до смерті всесвіту ще далеко.

Що ще названо на честь Дайсона

Паразитне число Дайсона

Якщо помножити паразитне число на коефіцієнт n його перші цифри стануть останніми, наприклад 4*487 = 1948, отже 487 - 4-паразитне число Дайсона.

Оператор та серія Дайсона

Математичні прийоми із квантової мехаїнки.

Гіпотеза Дайсона

Доведена гіпотеза з математичного аналізу.

Перетворення Дайсона

Фундаментальний метод в теорії, що вивчає цілі числа. Використовувався при доказі того, що кожне парне ціле число є сумою не більше 6 простих чисел.

Дерево Дайсона

Гіпотетична рослина, здатна рости всередині комети.

Гордон Фрімен

Мовчазний герой серії ігор Half-Life не випадково має прізвище, що збігається з ім'ям відомого фізика. В концепті персонаж носив ім'я Дайсон Пуанкаре на честь Фрімена Дайсона і математика Анрі Пуанкаре. Концепт було трохи змінено, але відсилання до Дайсона збереглася.

Мрії про землю та про небо

Більшість людей, визнаних успішними, у чомусь були змушені віддати своїй справі все життя без залишку. Життя одне і таких справ не може бути багато. Однак, Фрімен Дайсон брався за проблеми із зовсім різних галузей науки. Така наукова непосидючість дала величезну кількість досягнень та згадок у мистецтві.

Крім того, про проекти великого фізика та його рукою написано безліч науково-популярних книг та знято низку документальних фільмів.