Можно ли пустить поезд через ядро Земли, как в фильме «Вспомнить всё»

В фильме «Вспомнить всё», ремейке классического фантастического боевика 1990 года, представлена технология гигантского поезда-капсулы под названием СКАТ. Он проходит по туннелю, соединяющему два противоположных конца планеты. По задумке капсула свободно падает вниз, ускоряясь под действием силы тяжести, а затем, достигнув центра Земли, начинает замедляться, двигаясь к конечной точке.

В фильме эта технология используется как основной транспортный маршрут между двумя единственными оставшимися населёнными регионами Земли — Объединённой британской федерацией и колонией в Австралии. СКАТ играет ключевую роль в сюжете: главный герой использует его во время побегов, а позже выясняет, что туннель скрывает тайну, способную изменить баланс сил на планете.

Но насколько эта идея реалистична с точки зрения науки? Возможно ли построить подобный гравитационный поезд в реальности? Давайте разберёмся.

Как устроен гравитационный поезд

Чтобы понять, как работает эта система, представьте следующий сценарий. Допустим, существует идеально гладкий туннель, пробуренный сквозь Землю. Если в него поместить небольшой объект или даже вагон и отпустить его, тот начнёт свободно падать под действием гравитации. 

В начале объект ускоряется, затем достигает максимальной скорости в центре Земли, где гравитационные силы, действующие на него со всех сторон, уравновешивают друг друга, а после прохождения этой точки замедляется до полной остановки в конечном пункте.

В фильме подробно не объясняется устройство капсулы СКАТ, но её работа основана на двух реальных научных идеях:

1. Вакуумный туннель. Вакуум внутри него устраняет сопротивление воздуха, позволяя капсуле двигаться практически без потерь энергии.
2. Система магнитной левитации, или маглев. Магниты, установленные как на вагоне, так и на направляющих, позволяют капсуле «парить» над поверхностью, исключая механическое трение, которое обычно присутствует в традиционных железнодорожных системах.

Теперь самое интересное: сколько времени занимает путешествие сквозь Землю? Оказывается, это всегда примерно 42 минуты, независимо от того, между какими точками на планете проходит туннель. Почему так?

Дело в том, что Земля тянет объект вниз с разной силой на разной глубине. Вблизи поверхности ускорение большое, но чем глубже — тем оно становится слабее, потому что часть массы Земли оказывается выше объекта и тоже начинает его притягивать. В результате получается, что капсула в туннеле движется примерно так же, как качели — туда-сюда, с предсказуемым периодом. 

Правда, 42 минуты — это лишь результат теоретических расчётов физиков, которые допускают, что Земля является идеально однородной и сферической. Но в реальности это, конечно, не так.

Какие вызовы нужно преодолеть, чтобы построить такой поезд в реальности

Идея транспортного средства, движущегося исключительно за счёт гравитации, существует уже давно. Ещё в XVII веке Исаак Ньютон представил мысленный эксперимент: если прорыть туннель через Землю и бросить в него объект, он упадёт к центру планеты, а затем по инерции поднимется на другую сторону.

И теоретический образ гравитационного поезда вызывает восхищение, но чтобы реализовать подобную технологию в жизни, потребуется преодолеть значительные инженерные и физические вызовы.

Неоднородность Земли

На практике Земля не является однородным шаром — её плотность меняется с глубиной. Это означает, что скорость свободного падения и ускорение будут отличаться от простых идеализированных расчётов. Например, в коре плотность 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 недрах Земли, особенно в ядре, условия по-настоящему экстремальны. Температура в центре может достигать более 5 000 °C, а давление — миллионов атмосфер. Ни один из известных материалов не способен выдержать такие условия, что делает строительство туннеля через центр планеты принципиально невозможным с текущими технологиями.

Глубина бурения

Самая глубокая скважина, пробуренная человеком, достигает порядка 12–12,5 км. Для сравнения, радиус Земли составляет примерно 6 378 км, а диаметр — около 12 756 км. Создание туннеля длиной в несколько тысяч километров потребовало бы принципиально новых технологий бурения и материалов.

Стабильность конструкции

Гигантский туннель должен был бы выдерживать тектонические сдвиги, землетрясения, движение магмы и постоянное давление окружающих пород. Обеспечение такой устойчивости — ещё одна проблема, выходящая за рамки современных инженерных возможностей.

Трение и воздушное сопротивление

Для движения гравитационного поезда нужны два условия: вакуум, чтобы убрать сопротивление воздуха, и магнитная левитация, чтобы исключить трение о стенки. В теории это работает: капсула парит в безвоздушном пространстве и разгоняется только за счёт гравитации. Но и здесь есть свои сложности.

Во-первых, создание и постоянное поддержание вакуума в туннеле протяженностью более 12 тысяч километров — задача чрезвычайно сложная и энергозатратная. Земная кора содержит газы, которые будут просачиваться через стенки. Кроме того, воздух может проникать через микротрещины, а заметить их при таком огромном масштабе кажется фантастикой.

Во-вторых, современные технологии магнитной левитации успешно работают на относительно коротких расстояниях, например в Шанхае или Японии. Чтобы масштабировать их для туннеля через всю планету, нужно разработать новые, значительно более мощные системы.

Существуют ли похожие технологии сейчас

Несмотря на то, что идея строительства сквозного туннеля через Землю остаётся недостижимой с точки зрения современных возможностей, учёные и инженеры работают над минимизацией сопротивления. Вот примеры похожих проектов.

Hyperloop

Одна из самых обсуждаемых концепций — Hyperloop Илона Маска. В этой системе капсулы перемещаются внутри почти вакуумных труб, где сопротивление воздуха значительно ниже, чем обычно. 

Благодаря этому поезда могут развивать очень высокие скорости — до 1 200 км/ч. И хотя Hyperloop не проходит сквозь всю планету, принцип минимизации трения делает его технологически близким к идее гравитационного поезда.

Современные системы магнитной левитации

Магнитная левитация уже нашла своё применение в ряде стран — Японии, Китае и Германии. Современные маглев-поезда используют мощные электромагниты для того, чтобы вагон «парил» над направляющими, исключая контакт с поверхностью и тем самым снижая трение до минимального уровня. 

Что в итоге

Идея гравитационного поезда, проходящего через центр Земли завораживает. С теоретической точки зрения это прекрасная модель свободного падения. Но только если представить, что Земля — идеальный однородный шар, а внутри туннеля отсутствуют трение и сопротивление воздуха. 

А вот реальное воплощение подобного проекта сталкивается с непреодолимыми на данный момент ограничениями: экстремальными условиями внутри Земли, сложностями с поддержанием вакуума и недостаточно развитыми технологий бурения. В итоге, несмотря на математическую элегантность и кинематографическую эффектность, гравитационный поезд, следующий сквозь Землю, пока остаётся чистой научной фантазией.

Тем не менее, некоторые элементы этой идеи уже активно развиваются. И возможно, именно они в будущем приблизят нас к тому, что транспорт будет максимально быстрым и энергоэффективным, пусть и без необходимости пробивать туннели через недра планеты.