Фотонные грезы
Манилов долго стоял на крыльце, провожая глазами удалявшуюся бричку… Потом мысли его перенеслись незаметно к другим предметам и, наконец, занеслись бог знает куда. Он думал о благополучии дружеской жизни, о том, как бы хорошо жить с другом на берегу какой-нибудь реки, потом через эту реку начал строиться у него мост, потом огромнейший дом с таким высоким бельведером, что можно оттуда видеть даже Москву и там пить вечером чай на открытом воздухе и рассуждать о каких-нибудь приятных предметах. Потом, что они вместе с Чичиковым приехали в какое-то общество в хороших каретах, где обвораживают всех приятностью обращения… и далее, наконец, бог знает что такое, чего уже он и сам никак не мог разобрать.
Гоголь
Как ни печально, я вынужден писать о фотонных ракетах.
В наши дни в книге о теории относительности несколько неудобно умолчать об этом.
Пожалуй, именно идея создания фотонных ракет, ракет, с помощью которых, как утверждают, можно достигнуть самых далеких звезд вселенной, наиболее поражает воображение нашего поколения, успешно конкурируя с рассказами о будущем кибернетики или же о перспективах овладения термоядерной энергией.
Вступление, поясняющее, о чем идет разговор, и некие общие замечания.
Речь идет ни более и ни менее, как о ракетных кораблях со скоростями относительно стартовой площадки, близкими к скорости света.
А потому неотвратимо и неизбежно призывается теория относительности, ибо законы движения подобных гипотетических кораблей космоса — это законы релятивистской механики.
И, говоря о фотонных ракетах, всегда апеллируют к теории Эйнштейна, подобно тому как часто ничем себя не проявившие люди ссылаются на рекомендации именитых знакомых.
Прежде чем выяснить, действительно ли в данном случае можно говорить о каких-то «протекциях», или же мы сталкиваемся с довольно обычными в подобных ситуациях спекуляциями, попробуем решить небольшой психологический ребус.
Чем вызван такой невероятный сенсационный успех фотонных ракет — завоевателей вселенной? Тот успех, о котором выразительно свидетельствуют научно-фантастические творения, авторы которых «с характерным для них отсутствием воображения» (как мимоходом съязвил в давние времена Кельвин) непринужденно заполнили Галактику самыми разнообразными звездолетами.
Основных причин, пожалуй, две.
Во-первых (и это главное), сама по себе идея покорения неизмеримых пространств вселенной исключительно привлекательна.
А во-вторых, эта идея особенно притягательна в наши дни. Когда преодолено земное тяготение и созданы искусственные спутники Солнца, когда можно думать, что в ближайшие годы будет предпринята попытка высадиться на Луне, когда астронавтика превращается в практическую и актуальную область науки, — почти невозможно примириться с мыслью, что никогда, ни при каких достижениях техники человечество не достигнет далеких звезд вселенной.
Честно сообщается конечный итог всей главы, который и обосновывается далее на многих страницах.
К сожалению, мечта, как бы она ни была прекрасна, не более, чем мечта. Но… у нас нет никаких реальных оснований думать, что человечество сможет создать ракеты, которые свяжут нас с иными звездными мирами и даже с иными галактиками.
Мне самому очень неприятен этот вывод, и очень хотелось бы знать, что есть какие-то конкретные указания, как и каким путем можно достигнуть самых далеких звезд. Но, к несчастью, разговоры о фотонных ракетах нельзя расценивать иначе, как весьма привлекательную, но тем не менее весьма неосновательную сенсацию.
Постараюсь объективно изложить все «за» и «против», и читатель сможет судить, справедливо ли столь категорическое и малоутешительное утверждение.
Какое же содержание скрыто за неожиданным и эффективным сочетанием слов — «фотонная ракета»?
Как предполагают, фотонные корабли будут набирать скорость в результате отдачи мощного потока квантов электромагнитного излучения — фотонов. Направленное электромагнитное излучение уносит импульс, и поскольку суммарный импульс замкнутой системы — «ракета + излучение» — должен сохраняться, ракета приобретает равный по величине и противоположно направленный импульс.
Во всем сказанном нет ничего нового по сравнению с обычным объяснением принципа ракетного движения. Несколько необычен лишь способ — реактивная отдача при помощи фотонов. Для будущих звездолетов избран столь экстравагантный двигатель потому, что наиболее выгодный способ отдачи горючего с борта ракеты такой, когда реактивная струя имеет относительно корабля максимально возможную скорость — скорость света[88]. Однако подобный способ отдачи подразумевает выброс массы в виде квантов электромагнитного излучения — фотонов, так как достигнуть скорости света можно, только если масса покоя разгоняемой частицы равна нулю![89]
Кстати, столь же успешно, как о фотонных, можно рассуждать об электронных, протонных и мезонных ракетах. Если, скажем, у электронов отдачи скорость относительно ракеты очень близка к скорости света, то подобный реактивный двигатель очень незначительно проигрывает по сравнению с фотонным в отношении импульса, получаемого ракетой на единицу выброшенной массы.
А фантазируя о техническом осуществлении двигателя, способного разгонять ракету до световых скоростей, пожалуй, легче представить себе отдачу импульса при помощи электронов. Впрочем, выбор объекта фантазии — дело вкуса.
Прежде всего уточним, почему вообще световые скорости непременно сопутствуют мечтам о звездных полетах.
Ближайшая к Солнцу звезда (она так и названа «Ближайшая Центавра») отделена от нас куском пространства в 4,2 светового года. Соответственно время, необходимое для путешествия со скоростью V, равно
Поэтому даже для полета к ближайшей из звезд ракета должна достигнуть относительно солнечной системы скоростей, сравнимых со скоростью света. Иначе экспедиция продлится десятки тысяч лет. Например, при весьма приличной для «каботажного» межпланетного путешествия скорости 100 километров в секунду добираться к созвездию Центавра пришлось бы примерно 12 600 лет. Подобные сроки не очень удобны, и потому, если уж лететь к звездам (хотя бы и в мечтах), необходимы ракеты со скоростями, более или менее близкими к скорости света.
Итак, прикинем, что необходимо для путешествия. Ограничимся ближайшими созвездиями: скажем, для начала направимся к самому близкому — созвездию Центавра.
Субрелятивистские ракеты и путешествия к ближайшим созвездиям — фантастика, хотя и беспочвенная, но относительно допустимая.
Если корабль смог бы развить скорость 100 тысяч километров в секунду, весь полет занял бы 28–30 лет. Время не маленькое, но в общем приемлемое. Поэтому удовлетворимся пока такой «медленной» ракетой[90].
Прежде всего необходимо представить полезную массу ракеты — иначе говоря, всю массу за вычетом горючего. Естественно, здесь есть богатый материал для полета мысли, однако, скажем, 100 тысяч тонн — наименьшее значение, которое можно выбрать (ибо даже в фантазии надо сохранять совесть).
100 тысяч тонн! На первый взгляд цифра громадная. Стоит, однако, вспомнить, что водоизмещение крупнейших океанских кораблей достигает 50–80 тысяч тонн. Вряд ли размеры звездолета можно мыслить меньше размеров линкора, хотя бы потому, что, как мы сейчас убедимся, необходим колоссальный запас горючего, а его надо же где-то хранить. А корпус? Корпус должен быть неизмеримо прочнее, чем у линкора, поскольку самые тяжелые артиллерийские дуэли представляются детской перестрелкой из рогаток рядом с той ужасной непрерывной бомбардировкой, которая ждет ракету в пути.
