Учёные уже работают над похожими проектами, но всё не так просто.
В ремейке культового научно-фантастического боевика 1990 года «Вспомнить всё» представлена инновационная транспортная система под названием СКАТ — гигантский поезд-капсула, курсирующий по виртуальному туннелю, пронзающему Землю от одного полюса до другого. Согласно концепции фильма, капсула свободно падает под действием гравитации, набирая скорость на пути к центру планеты, а затем, пройдя через него, замедляется за счёт той же силы, стремясь остановиться точно в пункте назначения.
В мире фильма СКАТ служит единственным и главным магистральным маршрутом, соединяющим два последних обитаемых региона Земли: Объединённую Британскую Федерацию и австралийскую колонию. Этот транспорт не просто ускоряет перемещения — он является краеугольным камнем сюжета: главный герой использует его для побега, а позже раскрывает скрытую тайну, встроенную в сам туннель, способную перевернуть всю геополитическую карту планеты.
Но насколько эта фантастическая идея соответствует реальным законам физики? Возможно ли создать в реальности гравитационный поезд, способный преодолевать расстояние сквозь планету, используя только силу тяжести? Давайте подробно разберём научную основу этого явления.
Как устроен гравитационный поезд
Кадр из фильма «Вспомнить всё»
Чтобы разобраться в принципе работы этой системы, давайте представим такой . Вообразите идеально ровный туннель, проложенный прямо сквозь Землю. Если поместить в него небольшой предмет или, скажем, вагон и отпустить, под действием гравитации он начнёт свободное падение.
Вначале объект разгоняется, достигая пиковой скорости в центре планеты, где гравитационные силы, воздействующие на него со всех сторон, друг друга. После этой точки он замедляется, пока полностью не остановится в конечной точке маршрута.
В фильме детали конструкции капсулы СКАТ не раскрываются, однако её функционирование опирается на два реальных научных принципа:
- . Отсутствие воздуха внутри устраняет сопротивление, что позволяет капсуле перемещаться почти без энергетических потерь.
- Система магнитной левитации, или . Магниты, размещённые как на самом вагоне, так и на направляющих, заставляют капсулу «парить» над поверхностью, полностью исключая механическое трение, свойственное обычным железнодорожным системам.
А теперь самое любопытное: сколько же времени длится такое путешествие сквозь Землю? Оказывается, это всегда около , вне зависимости от того, между какими точками планеты проложен туннель. Почему так происходит?
Всё дело в том, что Земля притягивает объект с разной силой на разных глубинах. У поверхности ускорение велико, но по мере углубления оно ослабевает, так как часть массы планеты оказывается выше объекта и начинает тянуть его в обратную сторону. В итоге движение капсулы в туннеле напоминает раскачивание качелей — вперёд-назад, с постоянным периодом.
Однако 42 минуты — это всего лишь результат теоретических выкладок физиков, предполагающих, что Земля идеально однородна и сферична. В реальности, конечно, это далеко не так.
Какие вызовы нужно преодолеть, чтобы построить такой поезд в реальности
Концепция транспортного средства, передвигающегося исключительно под воздействием гравитации, не нова. Еще в XVII веке Исаак Ньютон мысленный эксперимент: если прорыть сквозной туннель через Землю и сбросить в него объект, тот сначала устремится к центру планеты, а затем, благодаря инерции, достигнет противоположной стороны.
И хотя теоретическая модель гравитационного поезда вызывает восторг, для воплощения этой технологии в реальность придется справиться с серьезными инженерными и физическими препятствиями.
Неоднородность Земли
На практике Земля не является однородным шаром — её плотность с глубиной. Это означает, что скорость свободного падения и ускорение будут отличаться от простых идеализированных расчётов. Например, в коре ниже, и объект будет разгоняться медленнее, а в мантии и ядре — резко ускоряться или замедляться из-за смещения масс. Такие перепады делают точные расчёты движения поезда невозможными — он будет хаотично менять скорость, а время в пути увеличится.
Температура и давление
В глубинах нашей планеты, особенно в её ядре, царят поистине суровые и экстремальные условия. Температура в центральной части отметку в 5 000 °C, а достигает миллионов атмосфер. Ни один из известных человечеству материалов не в состоянии выдержать подобные нагрузки, поэтому прокладка туннеля сквозь центр Земли с использованием современных технологий является абсолютно невозможной задачей.
Глубина бурения
Самая глубокая скважина, пробуренная человеком, примерно 12–12,5 километра. Для сравнения, радиус Земли около 6 378 км, а её диаметр — порядка 12 756 км. Прокладка туннеля протяжённостью в несколько тысяч километров потребовала бы создания совершенно новых технологий бурения и революционных материалов, способных выдерживать экстремальные температуры и давления.
Стабильность конструкции
Гигантский туннель должен был бы выдерживать тектонические смещения, землетрясения, движение магмы и постоянное давление окружающих горных пород. Обеспечение такой устойчивости — ещё одна задача, выходящая за пределы современных инженерных возможностей.
Трение и воздушное сопротивление
Для функционирования гравитационного поезда необходимо выполнение двух ключевых условий: создание вакуума для устранения сопротивления воздуха и применение магнитной левитации, чтобы полностью исключить трение о стенки туннеля. Теоретически эта концепция выглядит безупречно: капсула парит в безвоздушной среде и ускоряется исключительно под действием гравитации. Однако на практике возникают серьезные препятствия.
Прежде всего, формирование и постоянное поддержание вакуума в туннеле, протяженность которого превышает 12 тысяч километров, является невероятно сложной и энергоемкой задачей. Земная кора газы, которые будут постепенно просачиваться сквозь стенки. Более того, воздух может проникать через микроскопические трещины, а их обнаружение в таких гигантских масштабах представляется практически неосуществимым.
Второй важный аспект — современные технологии магнитной левитации успешно применяются лишь на относительно небольших дистанциях, например в или . Для того чтобы адаптировать их для туннеля, пронизывающего всю планету, потребуется разработка принципиально новых, гораздо более мощных систем.
Существуют ли похожие технологии сейчас
Кадр из фильма «Вспомнить всё» (2012)
Несмотря на то, что концепция прокладки транзитного тоннеля сквозь Землю пока остаётся за гранью современных технологических реалий, исследователи и инженеры продолжают искать способы снижения уровня сопротивления. Ниже приведены примеры аналогичных разработок.
Hyperloop
Одной из самых обсуждаемых инноваций современности является Илона Маска. В этой транспортной системе капсулы передвигаются внутри труб, из которых почти полностью откачан воздух, что сводит к минимуму аэродинамическое сопротивление.
Благодаря такому подходу транспортные средства способны достигать скоростей до 1 200 км/ч. Хотя Hyperloop не пролегает через всю Землю, его фундаментальный принцип — снижение трения до предела — делает его технологически близким к концепции гравитационного поезда.
Современные системы магнитной левитации
Магнитная левитация уже активно применяется в нескольких странах — , и . Современные маглев-поезда мощные электромагниты, позволяющие вагонам плавно «парить» над рельсами, полностью исключая физический контакт с поверхностью и сводя трение к почти нулевому уровню.
Что в итоге
Концепция гравитационного поезда, способного пересечь Землю по прямой линии через её центр, действительно захватывает воображение. С чисто теоретической точки зрения, это блестящая иллюстрация принципов свободного падения — но лишь при условии, что наша планета представляет собой идеально однородную сферу, а внутри гипотетического туннеля полностью отсутствуют трение и сопротивление воздуха.
Однако практическая реализация такого амбициозного проекта наталкивается на целый ряд препятствий, которые на современном этапе развития технологий кажутся непреодолимыми. Речь идёт об экстремальных физических условиях в недрах Земли, колоссальных сложностях создания и поддержания вакуума на всём протяжении маршрута, а также об отсутствии необходимых технологий бурения на сверхглубокие горизонты. Как следствие, несмотря на свою математическую безупречность и впечатляющий кинематографический потенциал, идея гравитационного поезда, мчащегося сквозь земную толщу, пока остаётся в сфере чистой научной фантастики.
Вместе с тем, отдельные составляющие этой концепции уже находят своё воплощение в современных разработках. И, возможно, именно эти элементы в перспективе приблизят нас к созданию максимально скоростного и энергоэффективного транспорта — пусть и без необходимости прокладывать туннели через недра планеты.