На представленной фотографии — Томас Таунсенд Браун (1905–1985), уроженец города Зейнсвил, штат Огайо, США. Сын обеспеченной семьи, с раннего возраста проявлял выдающиеся способности к физике и электротехнике. Уже в юношеские годы он обустроил в доме собственную лабораторию, где проводил эксперименты с высоковольтными установками, электростатикой и рентгеновскими приборами.
В 1921 году, будучи ещё школьником, Браун случайно обнаружил феномен, который впоследствии определит всю его научную карьеру. Он подвесил рентгеновскую трубку Кулиджа на чувствительный балансирный подвес и подал на неё высокое напряжение — порядка 75–200 кВ. К его удивлению, при включении питания трубка смещалась в сторону анода — положительно заряженного электрода. Более того, при помещении устройства на аналитические весы было зафиксировано изменение его массы в зависимости от ориентации: при аноде, направленном вверх, вес уменьшался, при аноде вниз — увеличивался.
Это наблюдение было поистине необычным. Рентгеновская трубка Кулиджа, при отсутствии тока накала катода, представляет собой по сути плоский вакуумный конденсатор, где катод и анод выступают в роли обкладок, а вакуум — диэлектриком.
Следовательно, эффект наблюдался именно в системе, не имеющей подвижных частей, не выбрасывающей никакой массы, но при этом демонстрирующей направленное движение при приложении высокого напряжения.
Несмотря на широкий резонанс в прессе, научное сообщество отреагировало скептически. В 1921 году Брауну было всего 16 лет, и его открытие было воспринято как любительский эксперимент, не имеющий фундаментального значения.
Эффект Бифельда–Брауна: рождение новой гипотезы
В 1923 году, уже будучи студентом Денисонского университета, Браун продолжил свои исследования под руководством профессора физики Пауля Альфреда Бифельда. Совместными усилиями им удалось воспроизвести и систематизировать наблюдаемое явление. Они установили, что любой асимметричный конденсатор, заряженный до высокого напряжения (десятки киловольт), начинает двигаться в сторону положительно заряженной обкладки.
Этот феномен был назван эффектом Бифельда–Брауна — одним из самых спорных и интригующих в истории электродинамики.
Сам Браун предположил, что открыл связь между электрическим полем и гравитационным взаимодействием, что привело к появлению термина «электрогравитация». Он утверждал, что эффект не является следствием реактивного движения, а представляет собой проявление нового физического принципа — электростатической тяги, не требующей выброса рабочего тела.
Однако до сих пор отсутствует общепринятая теория, объясняющая механизм этого эффекта в рамках стандартной модели физики.
Современные интерпретации и критика
Основная гипотеза, доминирующая в научной среде, — это объяснение наблюдаемого движения через ионный ветер. Согласно этой модели, в сильном электрическом поле у тонкого электрода (например, проволоки) происходит ионизация окружающего воздуха. Образующиеся ионы ускоряются к массивному электроду (например, металлической пластине), передавая импульс среде и создавая реактивную тягу.
Действительно, в атмосферных условиях (воздух, газ) такие устройства, называемые ионолётами или электроаэродинамическими двигателями (EAD), способны подниматься в воздух и даже двигаться автономно. В 2018 году группа инженеров из Массачусетского технологического института (MIT) продемонстрировала беспилотный летательный аппарат, использующий именно этот принцип — без движущихся частей, с тягой, генерируемой за счёт ионного ветра.
Однако критики этой гипотезы указывают на ряд экспериментов, в которых эффект Бифельда–Брауна наблюдается в условиях, исключающих ионный ветер:
- в вакууме (давление менее 10 ³ торр);
- в диэлектрических жидкостях (например, трансформаторное масло);
- в герметичных ёмкостях с инертной атмосферой.
Особый интерес представляет эксперимент французского исследователя Жан-Луи Нодена, который поместил асимметричный конденсатор («шляпу Фролова») в вакуумированный пакет и зафиксировал сохранение тяги при подаче высокого напряжения. Поскольку в вакууме ионизация невозможна, это ставит под сомнение исключительно реактивную природу эффекта.
Конденсатор Фролова: новое воплощение старой идеи
Следующим этапом в исследовании нереактивных движителей стало создание асимметричного конденсатора Фролова — устройства, разработанного российским учёным Александром Владимировичем Фроловым. Конструктивно он представляет собой дисковый конденсатор с внутренней обкладкой в виде диска и внешней — в виде кольца, закреплённых на диэлектрической подложке. При подаче высокого напряжения (до 50 кВ) устройство развивает тягу вдоль оси симметрии.
Эксперименты, проведённые Владимиром Викторовичем Семибратовым, показали, что «шляпа Фролова» диаметром 16 см при напряжении 12 кВ создаёт тягу около 0,17 грамма. Хотя это значение невелико, оно полностью соответствует расчётам по эмпирической формуле, выведенной Семибратовым, что подтверждает воспроизводимость эффекта.
Более того, прогнозы на основе этой формулы показывают: при использовании современных материалов (например, композитных диэлектриков с высокой пробивной прочностью) и напряжении 50 кВ, конденсатор диаметром около 1 метра может развить тягу свыше 500 кг — величина, уже сопоставимая с тягой малых ракетных двигателей.
Перспективы для космических технологий
Традиционные ракетные двигатели, основанные на реактивном принципе, крайне неэффективны для межзвёздных перелётов. Даже при достижении скорости в доли процента от скорости света, масса топлива для полёта к Альфе Центавра (4,37 световых года) превышает массу всей наблюдаемой Вселенной — по расчётам, основанным на уравнении Циолковского. Именно поэтому поиск нереактивных движителей — один из ключевых трендов в современной космической физике. К числу перспективных направлений относятся:
- Эффект Бифельда–Брауна и его модификации;
- Квантовые вакуумные двигатели (например, концепция EM-Drive, несмотря на спорность);
- Импульсные электродинамические системы.
Хотя ни один из этих подходов пока не стал основой для серийного двигателя, их изучение открывает новые горизонты.
Заключение
Являются ли эффект Бифельда–Брауна или «шляпа Фролова» проявлением новой физики — вопрос, остающийся открытым. С одной стороны, реактивные объяснения (ионный ветер) работают в атмосфере. С другой — эксперименты в вакууме и диэлектриках указывают на наличие дополнительного, пока необъяснённого механизма. Возможно, мы стоим на пороге открытия нового класса взаимодействий — электродинамических сил, способных генерировать тягу без выброса массы.
В видеоприложении к этой статье вы увидите серию авторских экспериментов, демонстрирующих движение асимметричных конденсаторов. Эти кадры наглядно показывают: нечто необъяснимое происходит.
Может ли это стать основой для двигателя межзвёздного корабля?
Ответ — в следующих публикациях цикла «Научные забавы».
Приложения: