DOW-UAP-D142: מושגים להפקת אנרגיה מהוואקום הקוונטי

קובץ: DOW-UAP-D142_AAWSAP-DIRD-Concepts-for-Extracting-Energy-from-the-Quantum-Vacuum-April-6-2010.pdf סוכנות מקור: סוכנות הביון הביטחונית (DIA), המשרד להתרעה ביטחונית (Defense Warning Office), תוכנית AAWSA סוג מסמך: מסמך עזר מודיעיני ביטחוני (Defense Intelligence Reference Document, DIRD), סדרת "Acquisition Threat Support"; מספר בקרה DIA-08-1004-007 תאריך: 6 באפריל 2010 (מועד חיתוך המידע, ICOD: 1 בדצמבר 2009) סיווג: UNCLASSIFIED//FOR OFFICIAL USE ONLY (סימון ה-FOUO מחוק בקו בכל עמוד; שוחרר לציבור ב-2026) מספר עמודים: 57 VIRIN: 260918-D-D0360-1131 שחרור PURSUE: 6

תקציר

מסמך זה מציב את אחת השאלות השאפתניות ביותר בסדרת AAWSAP: האם אפשר לנצל את האנרגיה שתורת הקוונטים מייחסת לחלל "הריק", שדה נקודת האפס (zero-point field, ZPF), כמקור חשמל לחלליות, או כדי להניע כלי טיס בלי לשאת דלק הנעה? בעמוד השער מופיעים התאריך 6 באפריל 2010, מועד חיתוך מידע של 1 בדצמבר 2009 ומספר הבקרה DIA-08-1004-007. המסמך הוכן ("Prepared by") בידי אגף תמיכת הרכש (DWO-3) של המשרד להתרעה ביטחונית, במנהלת הניתוח של ה-DIA. שם המחבר הוחלף בכינוי "AAP Person 58". הערה מנהלית מגדירה אותו כ"one in a series of advanced technology reports produced in FY 2009" (אחד מסדרת דוחות טכנולוגיה מתקדמת שהופקו בשנת הכספים 2009) במסגרת תוכנית AAWSA, ומפנה שאלות אל "AAP Person 1", מנהל תוכנית AAWSA, בכתובת של ה-DIA בוושינגטון (עמוד 2).

המסמך בנוי משישה פרקים ממוספרים: תקציר; רעיונות היסטוריים להפקת אנרגיה והיבטיהם התרמודינמיים; מקור אנרגיית נקודת האפס באלקטרודינמיקה הקוונטית (QED) ובתיאוריה המתחרה, אלקטרודינמיקה סטוכסטית (SED); סקירה של ארבעה רעיונות ניסויים; פרק תיאורטי ארוך על השאלה אם אפשר "לשחוק" את הוואקום; ומסקנות. נספח מסביר את "מודל השק" (bag model) של הכרומודינמיקה הקוונטית, ולמסמך 14 איורים ו-114 מקורות.

השורה התחתונה ביקורתית כלפי עצמה באופן חריג למסמך בנושא אקזוטי כל כך. המחבר מסיק שה-QED המקובלת "does not support the concept of continuous vacuum energy conversion" (אינה תומכת ברעיון של המרה רציפה של אנרגיית ואקום), שה-SED "not at present an adequate tool" (אינה כרגע כלי הולם) להכרעה בשאלה, וש"no practicable technique has been successfully demonstrated in the laboratory" (שום טכניקה מעשית לא הודגמה בהצלחה במעבדה). אין במסמך שום אזכור של עב"מים, UAP או עצמים בלתי מזוהים מכל סוג.

מאמר מחקר

מספר עצום והשאלה שהוא מעורר

המסמך נפתח בפיזיקה שהופכת את הנושא למפתה. לפי תורת הקוונטים, כל אופן (mode) של השדה האלקטרומגנטי שומר על אנרגיה מינימלית של חצי קוונט גם באפס המוחלט; מספר האופנים עצום, ולכן הסכום גדול מאוד. בסכימה עד תדירות פלאנק (כ-10^43 הרץ), נאמר בתקציר, הוואקום "represents an energy density of as much as 10^113 J/m^3" (מייצג צפיפות אנרגיה של עד 10^113 ג'אול למטר מעוקב); וגם עם חיתוך נמוך בהרבה, בתדירות קומפטון של הנוקלאון (כ-10^23 הרץ), מדובר עדיין בערך "enormous" (עצום) של כ-10^35 ג'אול למטר מעוקב (עמוד 5). המחבר מונה תופעות שמיוחסות לשדה נקודת האפס ונצפות בפועל: היסט למב (Lamb shift), פליטה ספונטנית, כוחות ואן דר ואלס, אפקט קזימיר ורעש בלייזרים.

המניע מוסבר במונחי טילים. לטיל בחלל אין במה להידחף, והוא חייב לשאת את דלק ההנעה שלו, ו"this quickly results in the need to carry additional propellant just to propel the propellant" (הדבר מוביל מהר לצורך לשאת דלק נוסף רק כדי להניע את הדלק) (עמוד 6). אם שדה נקודת האפס ממשי, כותב המחבר, אפשר אולי לנצל אותו כמקור חשמל או כדי לייצר כוח דחף למסע בחלל.

המסמך מתמודד גם עם ההתנגדות המתבקשת: אנרגיית הוואקום הקוסמית הנצפית היא רק כ-10^-9 ג'אול למטר מעוקב, מה שמכונה "120 orders-of-magnitude problem" (בעיית 120 סדרי הגודל) (עמוד 29). המחבר מכנה "spurious" (מופרך) את הטיעון שאנרגיית ואקום עצומה הייתה ממוטטת את היקום (עמוד 11), בהסתמך על עבודות שלפיהן רק האופנים בתדירות נמוכה יוצרים כבידה. הפער הזה, המוכר בפיזיקה כבעיית הקבוע הקוסמולוגי, עדיין לא נפתר, והפרשנות של המסמך היא עמדה אחת מבין כמה.

תרמודינמיקה והרעיונות הראשונים

פרק II פותח באפקט קזימיר: שני לוחות מתכת לא טעונים המוצבים קרוב מאוד זה לזה נדחפים זה אל זה, מפני שתנודות ואקום באורכי גל הגדולים מפי שניים מהמרווח בין הלוחות אינן יכולות להתקיים בתוכו (עמוד 7). כוח זה נמדד היטב. "סוללת תנודות הוואקום" (vacuum-fluctuation battery) של R. L. Forward, ערימה של לוחות טעונים שבה כוח קזימיר מבצע עבודה נגד שדה חשמלי, הראתה על הנייר שאפשר לשאוב אנרגיה מהוואקום. אבל המסמך מדגיש את הגבול: "Forward's process cannot be cycled to yield a continuous extraction of energy" (לא ניתן להפעיל את התהליך של Forward במחזוריות כדי להפיק אנרגיה ברציפות), משום שהטעינה מחדש תעלה יותר ממה שהורווח (עמוד 8).

הדוגמה ההיסטורית השנייה היא פטנט משנת 1996 של Mead ו-Nachamkin על כדורים דיאלקטריים מהודים שאמורים להמיר קרינת נקודת אפס בתדירות גבוהה ל"תדירות פעימה" (beat frequency) נמוכה, ומשם לחשמל (איור 3). מודל ממוחשב במעבדת המחקר של חיל האוויר בבסיס אדוארדס הצביע על כך ש"the invention could work" (ההמצאה עשויה לעבוד), אך "no experimental study has been performed" (לא בוצע שום מחקר ניסויי), והמחבר מוסיף ביקורת משלו: שום דבר בתכנון אינו מייצר את הערבוב הלא-ליניארי הדרוש ליצירת תדירות פעימה (עמוד 9).

ארבעה ניסויים על השולחן

פרק IV מציג את "our proposed concepts" (הרעיונות שהצענו), שחלקם, מציין המחבר, "undergone preliminary evaluation by Lockheed-Martin review panels" (עברו הערכה ראשונית בידי צוותי בדיקה של לוקהיד מרטין) (עמוד 13).

סלילים שקולטים את רעש הוואקום. Koch ועמיתיו מדדו תנודות מתח שמשרה שדה נקודת האפס באמצעות צמתי ג'וזפסון בתדירות של כ-100 גיגה-הרץ. על בסיס תיאוריה של Blanco ועמיתיו, שלפיה התנגדות הקרינה של סליל, הדומה לזו של אנטנה, מגבירה את הרעש הזה, המסמך מציע סליל של 2,000 כריכות מחוט טונגסטן בעובי 38 AWG, מקורר ל-3 קלווין בתוך דיואר שהנקודה הקרה בו רחבה 2.5 ס"מ. החיזוי: הגברה של פי 100 בערך בתדירות 100 מגה-הרץ, הניתנת למדידה בציוד מסחרי, וסליל ביקורת שמחצית כריכותיו הפוכות (איור 4, עמודים 13-16). בטקסט הסליל מתואר פעם כ"1 cm diameter coil" (סליל בקוטר 1 ס"מ) ועמוד אחר כך כבעל "coil radius of approximately a = 1 cm" (רדיוס של כ-1 ס"מ).

להרעיב אטומים מאנרגיית ואקום. המספרים הבולטים ביותר נובעים מתמונה ספקולטיבית של SED, שבה מצב היסוד של אטום המימן הוא איזון בין קרינה שפולט האלקטרון החג לבין אנרגיה שהוא בולע משדה נקודת האפס. אם חלל קזימיר ידכא את אורכי הגל הרלוונטיים (455 אנגסטרם במימן), האלקטרון עשוי לרדת למצב "מתחת לבוהר" (sub-Bohr) ולשחרר 1 עד 10 אלקטרון-וולט כחום, ולהיטען מחדש כשהוא יוצא מהחלל, כך שהאנרגיה "would be extracted locally and replenished globally" (תופק מקומית ותתחדש גלובלית) (עמוד 17). בהגדלה לגוש של סנטימטר מעוקב שחוררים בו כ-1.3 מיליארד מנהרות ברוחב 0.1 מיקרומטר, שכל אחת מהן חוצה 500 זוגות של מקטעים מוליכים ולא-מוליכים, ובזרימה של 2.7 כפול 10^19 אטומי גז אציל בשנייה, המסמך מחשב 1.3 כפול 10^22 מעברים בשנייה ו-"2,150 to 21,500 W of power" (הספק של 2,150 עד 21,500 ואט) (עמוד 18). מיד אחר כך הוא מסייג: קידוח מנהרות כאלה "is not physically possible, of course" (אינו אפשרי פיזיקלית, כמובן), ו"all of this assumes that the chain of conjectures detailed above is correct" (כל זה מניח ששרשרת ההשערות שפורטה לעיל נכונה). הניסוי הממשי היחיד, העברת גז מימן דרך חלל קזימיר של מיקרומטר אחד במרכז קרינת הסינכרוטרון של אוניברסיטת ויסקונסין במדיסון, הסתיים בלי תוצאה בגלל תקלות בקרן הסינכרוטרון (עמוד 19). במכניקת הקוונטים המקובלת מצב היסוד הוא המצב הנמוך ביותר האפשרי, ומשום כך המסמך עצמו מסמן את "the conflicts between SED and QED theories" (הסתירות בין תיאוריות ה-SED וה-QED).

מנוע קזימיר. מאחר שמשיכת קזימיר חלשה יותר בין לוחות דיאלקטריים מאשר בין לוחות מוליכים, לוחות שיכולים לעבור בין שני המצבים עשויים להפעיל מחזור: הם נמשכים זה לזה במצב מוליך ומורחקים במצב דיאלקטרי. בהנחה שאנרגיית המיתוג זניחה ושהלוחות מתנודדים בין 30 ל-15 ננומטר, המסמך מעריך צפיפות הספק של כ-35 כפול f(MHz) ואט לקילוגרם, לעומת כ-5 ואט לקילוגרם בגנרטורים תרמו-חשמליים רדיואיזוטופיים (עמוד 21). הניסוי הממשי במראות המתחלפות במימן, של Iannuzzi ועמיתיו במרווחים של 70-400 ננומטר, מצא שכוח קזימיר "did not noticeably decrease" (לא פחת באופן ניכר) (עמוד 23). רעיון קרוב של Forward, שינוי מחזורי של צורת "קופסת קזימיר", הוכח בידי Maclay כחסר רווח נטו.

"EV". הרעיון האחרון עוקב אחר צבירי אלקטרונים מיקרוסקופיים של הנסיין K. R. Shoulders, שכינה אותם EV ובהמשך "Electrum Validum", והמסמך קושר אותם לברק כדורי. צילומי מיקרוסקופ אלקטרונים סורק מראים תעלות שנקדחו בקרמיקה ולפחות 100 מכתשים במטרת פלדיום מפריקה אחת של קבל בן 40 פיקופאראד ב-3,000 וולט (איורים 12-14). התכונות המדווחות (קוטר של 1-20 מיקרומטר, כ-10^30 אלקטרונים למטר מעוקב) מוצגות כ"Shoulders' experimental studies claim" (טענות מחקריו הניסויים של Shoulders), והניסיונות להפיק אנרגיה "have not met with success due to technical problems" (לא צלחו בגלל בעיות טכניות) (עמוד 28).

פסק הדין התיאורטי

פרק V הוא הלב האנליטי של המסמך. הוא מבחין בין מכונה "מסוג I", חולפת, שמספקת אנרגיה פעם אחת ומשאירה "אפר" (לוחות הקזימיר לאחר שהתנגשו), לבין מכונה "מסוג II", רציפה, שאפשר להפעיל במחזוריות ללא סוף. מכונה מסוג II זקוקה לוואקום "degradable" (בר-שחיקה), כלומר כזה שאפשר לצרוך את האנרגיה שלו ברציפות. ב-QED אופני הוואקום והאנרגיה שלהם "hard-wired" (מקובעים), ולכן המרה רציפה "forbidden in principle" (אסורה עקרונית) (עמוד 32). המחבר בוחן את החלופות: התיאוריה הנאו-קלאסית של E. T. Jaynes; ה-SED, שהניתוח שלה ל"הסטה כלפי מטה" של אנרגיה מוביל לספקטרום חום שגוי, ולכן יש להתייחס לתחזיותיה "with caution" (בזהירות); גרסה מתוקנת בשם "SED ליניארית"; ו-QED ללא שדות מקוונטטים של A. O. Barut. אף אחת מהן אינה מכריעה. בדרך מצטט המסמך את התנגדותו של פול דיראק לרנורמליזציה: "This is just not sensible mathematics" (זו פשוט אינה מתמטיקה הגיונית) (עמוד 29).

הפרק נחתם בקטלוג של מצבים שבהם הפיזיקה המקובלת כן מאפשרת לוואקום לרדת מתחת לאנרגיה הרגילה שלו או לדעוך: "סחיטה" כבידתית של הוואקום סביב גוף מסיבי, היסט לאדום כבידתי של חלל קזימיר, אפקטי קזימיר דינמיים וטופולוגיים, אור לייזר סחוט, "sparking the vacuum" (הצתת הוואקום) ביצירת זוגות אלקטרון-פוזיטרון בשדות של כ-10^18 וולט למטר, הצעה של S.-S. Xue ששדה מגנטי ישחרר מוואקום דיראק כאחוז אחד מהאנרגיה האגורה בו עצמו, ו"התכת" הוואקום של הכוח החזק, עם חום כמוס של כ-1 GeV לפמטומטר מעוקב, כלומר בערך 10^35 ג'אול למטר מעוקב (עמודים 35-43). כמעט בכל מקרה המסמך אומר בגלוי שלא ידוע אם אפשר להפיק מכך אנרגיה, ושחוק שימור האנרגיה מצביע על כך שהאנרגיה עוברת לשדה הכבידה או "elsewhere in the universe" (למקום אחר ביקום). התופעות עצמן הן תחזיות מקובלות של תורת השדות הקוונטית; אף אחת מהן לא הוכחה כמספקת אנרגיה שימושית נטו.

הדרך קדימה, ומה שחסר

פרק המסקנות (עמודים 43-47) מעלה ארבע נקודות: ה-QED אינה תומכת בהמרה רציפה; ה-SED אינה מספקת; הרעיון "in principle not falsifiable" (אינו ניתן להפרכה עקרונית); ותמיכה תיאורטית מכרעת "is not yet in place" (עדיין אינה קיימת). הוא מונה "game changers" (משני כללי משחק) אפשריים, כמו תורת שדות מאוחדת, תיאוריות של מרחב-זמן "מתהווה", מוליכי-על ומטא-חומרים, וכן משימות מחקר: מדידות קזימיר במוליכים למחצה, בכדורים ובחללים מלבניים, גשש ואקום המבוסס על גלאים הומודיניים מאוזנים, כוחות קזימיר דוחים באמצעות מטא-חומרים, וניסוי מעבדה בדעיכת ואקום דיראק המושרית מגנטית "within two to five years" (בתוך שנתיים עד חמש שנים). את התקוות לגבי הוואקום של הכוח החזק הוא תולה במאיץ ההדרונים הגדול (LHC).

כמה פערים בולטים לעין. תוכן העניינים מכנה את פרק המסקנות "The Way Forward to 2050" (הדרך קדימה עד 2050), אך בכותרת שבגוף הטקסט המילים "to 2050" נשמטו, ושום תחזית ל-2050 אינה מופיעה. "כוח הדחף" שהובטח בתקציר אינו מפותח לכדי רעיון הנעה; המסמך עוסק כמעט כולו באנרגיה. אין בו הערכה של תוכניות זרות, אין נתוני עלות ואין טענה שמכשיר כלשהו עבד. במקום אחד הטקסט מתייחס ל"this chapter" (הפרק הזה) (עמוד 42), מה שמרמז שעובד מפרסום ארוך יותר. בתודות מוזכרים עמיתים מ-EarthTech International, מלוקהיד מרטין ומכמה אוניברסיטאות.

משמעות

מתוך 12 התחומים הטכניים של AAWSAP, המסמך משרת בעיקר את תחום ייצור האנרגיה (power generation), כשההנעה (propulsion) היא המניע המוצהר. הוא מראה את AAWSAP מזמינה סקירה של אחת הפינות הספקולטיביות ביותר בפיזיקה, ומראה את הסקירה טוענת נגד ההנחה הדרמטית ביותר שלה עצמה: "קוביית הקזימיר" של 2,150 עד 21,500 ואט מופיעה לצד אזהרת המחבר שהיא נשענת על שרשרת של השערות שלא אומתו. לקוראי הסדרה, המסמך משתלב מבחינת הנושא עם מסמכי DIRD אחרים בשחרור העוסקים בפיזיקה של הוואקום, כמו DOW-UAP-D132 על הנדסת ואקום (מטריקת מרחב-זמן), DOW-UAP-D139 על אנרגיה שלילית ו-DOW-UAP-D153 על מצבי אנרגיה שלילית בוואקום. הוא אינו מוסיף דבר לראיות על תופעות בלתי מזוהות, משום שאינו דן בהן כלל.

אנשים מרכזיים

מקומות

מושגי מפתח

ציטוטים בולטים

"If the ZPF is real, then there is the possibility that it can be tapped as a source of power or be harnessed to generate a propulsive force for space travel." (אם שדה נקודת האפס ממשי, קיימת אפשרות לנצל אותו כמקור חשמל או לרתום אותו לייצור כוח דחף למסע בחלל.) -- עמוד 6

"Although several novel ZPF energy extraction mechanisms have been proposed in the popular and technical literature, no practicable technique has been successfully demonstrated in the laboratory." (אף שהוצעו בספרות הפופולרית והטכנית כמה מנגנונים חדשניים להפקת אנרגיה משדה נקודת האפס, שום טכניקה מעשית לא הודגמה בהצלחה במעבדה.) -- עמוד 9

"However, again, all of this assumes that the chain of conjectures detailed above is correct. Fortunately, this can be experimentally tested." (עם זאת, שוב, כל זה מניח ששרשרת ההשערות שפורטה לעיל נכונה. למרבה המזל, אפשר לבחון זאת בניסוי.) -- עמוד 18

"Unfortunately, problems with the synchrotron beam (unrelated to the experiment) prevented a definitive result from being obtained, so the efficacy of this ZPE-extraction approach remains undetermined at the present time." (למרבה הצער, תקלות בקרן הסינכרוטרון, שאינן קשורות לניסוי, מנעו השגת תוצאה חד-משמעית, ולכן יעילותה של גישה זו להפקת אנרגיית נקודת אפס נותרת בלתי מוכרעת בשלב זה.) -- עמוד 19

"Even though EVs can be easily produced in the lab, efforts to test this hypothesis have not met with success due to technical problems." (אף שקל לייצר EV במעבדה, המאמצים לבחון השערה זו לא צלחו בגלל בעיות טכניות.) -- עמוד 28

"What is not in question, however, is that QED, as an axiomatic, quantum formalism based on the concept of an immutable, non-degradable vacuum, does not support the concept of continuous vacuum energy conversion." (מה שאינו מוטל בספק, עם זאת, הוא ש-QED, כפורמליזם קוונטי אקסיומטי המבוסס על מושג של ואקום בלתי משתנה ובלתי שחיק, אינה תומכת ברעיון של המרה רציפה של אנרגיית ואקום.) -- עמוד 32

"Third, the concept of the conversion of energy from vacuum fluctuations is in principle not falsifiable, given the unknowns which present theory has yet to resolve (for example, cosmological dark energy, multiple vacuum structures), and the numerous approaches currently being brought to bear in the development of quantum theory." (שלישית, הרעיון של המרת אנרגיה מתנודות ואקום אינו ניתן להפרכה עקרונית, בהינתן הנעלמים שהתיאוריה הנוכחית טרם פתרה, כמו האנרגיה האפלה הקוסמולוגית ומבני ואקום מרובים, והגישות הרבות המופעלות כיום בפיתוח תורת הקוונטים.) -- עמוד 44

"Dirac vacuum decay via external (non-critical) magnetic fields requires further evaluation, and it should become possible to experimentally test this in the laboratory within two to five years." (דעיכת ואקום דיראק באמצעות שדות מגנטיים חיצוניים, שאינם קריטיים, דורשת הערכה נוספת, ואמור להתאפשר לבחון אותה בניסוי מעבדה בתוך שנתיים עד חמש שנים.) -- עמוד 47