Посмотрел тут недавно в очередной раз апофеозно-идиотический фильм “Ангелы и Демоны”, который вполне себе неплохо идет под пивко в качестве блокбастера. Но сейчас речь не об этом. В этом фильме одно из ключевых мест занимает похищенный контейнер с антивеществом, которого все страшно боятся и очень тщательно ищут. При просмотре я также “вспомнил”, что и в любимом Аватаре антивещество играет не последнюю роль, а именно является источником энергии для межзвездного корабля ISV Venture Star. Вот и задумался я на тему, а реально ли вообще подобное применение антивещества? Далее будет небольшой экскурс в ядерную физику для детского сада 
Кто считает, что уже вырос из ядерного детсада, может дальше не читать.
Начнем с того, что такое антивещество. Это вещество, состоящее из античастиц 
А что же такое античастицы? Это частицы-двойники обычных частиц. В частности, вместо электронов в антивеществе живут позитроны (тот же электрон, но с положительным зарядом), вместо протонов – антипротоны и т.п. (есть еще различия, но мы не будем в них углубляться, чтобы не сойти с ума с непривычки). Об антивеществе нам нужно знать следующие основные вещи: во-первых, оно обладает массой (многие почему-то считают, что масса антивещества отрицательна, но это не так), во-вторых, оно не существует в нашей галактике в чистом виде (что там за пределами галактики – никто не знает), в-третьих, встреча вещества с антивеществом приводит к аннигиляции.
Собственно на аннигиляции и основано построение источников энергии на антивеществе. Суть источника состоит в том, что при аннигиляции высвобождается огромное кол-во энергии, а именно E=2mc2. При аннигиляции 1кг антивещества выделяется порядка 1.8·1017 Дж энергии (это эквивалентно 43 мегатоннам тротила), что эквивалентно 50 миллиардам КВт·ч электроэнергии. Казалось бы это до хрена… А вот и нет! При аннигиляции как минимум половина энергии выделяется в виде нейтрино, которые не взаимодействуют с веществом, а значит не могут быть использованы в современных энергетических установках (в будущем с этим будет проще). Считая КПД самого процесса равным 50%, получаем, что для получения 1 КВт·ч электричества нам нужно 4·10-8 грамма (400 мкг) антивещества. В общем, пока все замечательно, но не понятно, хватит ли нам этой чудовищной энергии?
Следующий вопрос, а сколько вообще нужно энергии для полета? Начнем с вычисления массы корабля. ISV Venture Star имеет размеры 1502.4х302.25х218.3 метра. Даже приблизительный его вес неизвестен, но предположим, что соотношение массы корабля к полезной нагрузке в будущем не сильно изменится (сейчас этот показатель не превышает 1.5%). Зная полезную нагрузку (350 тонн), предположим, что весь корабль весит 24 тысячи тонн. Но суть даже не в этом. Если посмотреть на формулу релятивистской кинетической энергии, то получится, что для постоянного движения со скоростью 0.7 скорости света требуется энергия, создаваемая антивеществом, занимающим не менее 15% массы корабля! А к нему еще нужно такое же количество вещества. А еще у нас есть стартовое ускорение 1.5g, которое вообще сожрет тучу топлива. В общем получается, что топливо должно составлять почти весь вес корабля, т.е. около 20 тысяч тонн (это, кстати, и в справочнике по Пандоре прописано). Половина этого водород, вторая половина – антиводород.
Возникает следующий вопрос – откуда взять 10 тысяч тонн антиводорода (даже если предположить, что я ошибся с расчетами массы в предыдущем абзаце и антиводорода нужно всего тысячу тонн)? Современные знания и технологии ответа не дают. На данный момент самая большая “добытая” порция антивещества – 50 000 атомов антиводорода, на получение которых было затрачено а 10 млрд раз больше энергии, чем можно получить обратно при их аннигиляции. На Пандоре добывают дейтерий, который потом похоже используют в термоядерных реакторах, позволяющих получить достаточно большое количество энергии (тысячи мегаватт), пригодной для синтеза чего хочешь. Однако при нынешнем соотношении между энергией полученного антивещества и энергией, затраченной на его получение, необходима термоядерная реакция миллиардов тонн дейтерия (реакция 1кг дейтерия и 1кг трития дает на выходе 340 000 000 Дж энергии, т.е. в 530 миллионов раз меньше, чем при реакции такого же количества антивещества), что также кажется маловероятным (Пандора вроде не из дейтерия состоит) и просто опасным для отдельно взятой планеты. В общем, нужен либо какой-то неизвестный науке чудовищно эффективный способ синтеза антиводорода, либо фантастика так и останется фантастикой.
С вопросом хранения антивещества как раз все гораздо проще. Для его хранения необходим глубокий вакуум (10-10 Па), чего в космосе хоть отбавляй, а также отсутствие контакта с веществом, что решается магнитным полем. Проблема в том, что для создания нужного магнитного поля требуются сверхпроводящие магниты, которые на данный момент могут функционировать только на температурах, близких к абсолютному нулю. Как раз эту проблему решает добываемый на Пандоре анобтаниум, обладающий сверхпроводящими свойствами при комнатной температуре.
Остается добавить, что антивещественный двигатель может работать только в космосе, ибо выделяемые в процессе аннигиляции высокоэнергетические частицы при контакте с любым веществом будут образовывать самые различные нестабильные изотопы, что будет приводить к высокому радиоактивному заражению. Этот процесс тоже учтен в двигателях ISV Venture Star, для чего процесс аннигиляции происходит также в магнитном поле, задающем нужное направление потоку частиц.
Собственно вывод из этой кучи букв буквально таков: основная проблема создать не двигатель или хранилище антивещества, а получить его в достаточном количестве. В фильме и сопутствующих книгах этот процесс никак не раскрыт, в чистом виде добыча антивещества не производится и откуда они его берут – непонятно. Соответственно антивещественный двигатель пока записываем в список “косяков” идеи Аватара.
Понятное дело, что темы термоядерных или фотонных двигателей еще в прошлом веке мусолились даже советской наукой, но с тех пор глобально решение проблемы никуда не сдвинулось – эффективных способов добычи антивещества до сих пор нет даже в теории.
