Робот, створений у Технологічному інституті Джорджії, зробив немислиме і порушив непохитний закон руху. Очевидно, після перевизначення другого закону термодинаміки доведеться зайнятися й іншими законами фізики. А, можливо, сформулювати нові принципи.
Усі ми бачили класичну сценку Чарлі Чапліна, коли звичайна людина наступає на бананову шкірку і комічно приземляється на крижі. Багато хто заперечить, що це не так, але жарт заснований на тому, що людська локомоція, як і будь-яка інша локомоція, заснована на третьому законі руху Ньютона.
Останній говорить, що на кожну дію існує рівна і протилежна реакція. Таким чином, коли людина робить крок, ми також відштовхуємося від Землі, а планета штовхає нас уперед. Тертя!
Без тертя (або з мінімальним тертям, наприклад, коли на землі лежить слизька бананова шкірка) поштовху немає - ми просто ковзаємо по землі й не рухаємося вперед, цілком логічно падаючи на асфальт.
Така логіка характерна для всіх видів руху. Наприклад, ракети викидають величезну кількість палива, розвивають велику швидкості, і все заради того, щоб відштовхнутися в протилежному напрямку, злетіти.
Тварини в морі та птахи в повітрі відштовхуються від води й атмосфери. Рух завжди супроводжується поштовхом.
Але робот із Технологічного інституту Джорджії змінив імпульс і обійшов необхідність у відштовхуванні. Викривлений простір став реальністю.
Зазвичай ми думаємо про простір у термінах так званих декартових координат - осей x, y і z, відомих з часів середньої школи. Усі ці осі виходять з "вихідної точки" під прямим кутом одна до одної і продовжуються до нескінченності у вигляді прямих ліній.
Але простір можна уявити і як викривлений, а не як звичайний, нудний і плоский, де розставлені речі.
Результати дослідження Georgia Tech опубліковані в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Команда стверджує, що їхні результати спростовують вимогу ньютонівської динаміки про те, що "нерухомий об'єкт не може рухатися без обміну імпульсом із навколишнім середовищем".
Обмежений сферичною поверхнею в дуже ізольованій системі, робот перебував під переважним впливом не навколишнього середовища, а кривизни самого простору.
Під час експерименту робот звивався і погойдувався, змінюючи своє положення на поверхні. У звичайному, "плоскому" просторі він не зміг би рухатися, орієнтуючись на певний напрямок.
"Ми дозволили нашому об'єкту, що змінює форму, рухатися в найпростішому викривленому просторі - сфері, а також вивчити його рух", - каже провідний дослідник Зеб Роклін, доцент Школи фізики Технологічного інституту Джорджії.
"Ми дізналися, що передбачений ефект дійсно мав місце: коли робот міняв свою форму, він просувався вперед по сфері таким чином, що це не можна пояснити взаємодією з навколишнім середовищем".
Щоб переконатися, що ефекти, викликані кривизною простору, домінують, фізикам довелося максимально ізолювати систему від зовнішніх сил. Тільки так команда могла забезпечити мінімальну взаємодію і обмін імпульсом з навколишнім середовищем.
Вигнутий простір було створено шляхом розміщення набору двигунів на відповідних напрямних. Рейки були прикріплені до обертового валу, щоб створити сферичний простір.
Тертя зменшили за допомогою повітряних підшипників і втулок - альтернативи шарикопідшипникам з низьким тепловиділенням і рівнем шуму. Гравітація була зменшена за рахунок вирівнювання обертового вала.
Робот "відчував" незначне тертя і гравітацію, обидва ефекти гібридизувалися з кривизною простору, створюючи дивну динаміку з властивостями, які не могли бути отримані самі по собі.
Таким чином, команда продемонструвала не тільки те, як можна використовувати викривлений простір, а й те, як експеримент докорінно суперечить основним концепціям, що приписують законам плоского простору.
Роклін сподівається, що використані методи дадуть змогу провести подальші дослідження викривленого простору.
Хоча спостережувані ефекти незначні, дослідники вважають, що точніша робототехніка допоможе знайти практичне застосування всім ефектам, викликаним викривленням.
Подібно до того, як незначні зміни частоти світла під дією гравітації стали вирішальними для GPS-навігації, команда очікує, що їхні висновки і майбутні відкриття в галузі динаміки викривленого простору знайдуть своє застосування в техніці.
Принципи використання кривизни простору можуть виявитися корисними для вивчення чорних дір.
"Це дослідження також пов'язане з вивченням "Вічного двигуна", - каже Роклін. - Його творець стверджував, що може рухатися вперед без будь-якого палива. Такий двигун дійсно був неможливий, але оскільки простір-час дуже слабо викривлений, пристрій здатний рухатися без будь-яких зовнішніх сил або виділення палива, і це нове відкриття".
