Миры, не находящиеся в равновесии (физика)
МИРЫ, НЕ НАХОДЯЩИЕСЯ В РАВНОВЕСИИ
Жан-Пьер ПЕТIT – Бывший директор исследований – CNRS FR.
12 января 2013 г.
Когда обычный человек думает об равновесии системы, он обычно представляет шарик на дне колодца или что-то подобное.
Теория термодинамического равновесия содержит нечто более тонкое: динамическое равновесие. Самый простой пример — воздух, который мы дышим. Его молекулы беспорядочно движутся во всех направлениях со средней тепловой скоростью 400 м/с. С невероятной скоростью молекулы сталкиваются, взаимодействуют. Эти столкновения изменяют их скорости. Однако физик интерпретирует это как статистическую стационарность (используемый термин — «детальное равновесие»). Представьте себе гнома, который в любой момент времени и в любой точке комнаты может измерить молекулярную скорость в определённом направлении с небольшой угловой неопределённостью. На каждом интервале времени наш гном подсчитывает скорости V и V + ΔV, алгебраические значения. Затем он наносит эти значения на график и наблюдает появление красивой гауссовой кривой с пиком в среднем значении около 400 м/с. Чем быстрее или медленнее молекулы, тем меньше их количество.
Он повторяет эту операцию, направляя прибор измерения в любое направление пространства, и, к удивлению, получает тот же результат. Молекулярное движение в комнате изотропно. Более того, ничто не может нарушить это динамическое равновесие, если температура остаётся постоянной, потому что температура газа — это в точности средняя кинетическая энергия, возникающая из этой тепловой активности. Физик описывает такой газ как находящийся в термодинамическом равновесии. Это состояние многогранно: молекулы воздуха не обладают сферической симметрией. Двухатомные молекулы, такие как кислород или гелий, имеют форму арахиса. Молекулы углекислого газа или водяного пара имеют другие формы. Все эти объекты при вращении могут накапливать энергию, как маленькие волчки. Эти молекулы также могут вибрировать. Концепция равномерного распределения энергии утверждает, что энергия должна распределяться одинаково по всем этим различным «модам». При столкновении часть кинетической энергии может превращаться в вибрационную или вращательную энергию молекулы. Обратный процесс также возможен. Всё это основано на статистике, и наш гном может подсчитать, сколько молекул находится в том или ином состоянии, обладает той или иной кинетической энергией, находится в том или ином состоянии колебаний. Вернёмся к нашему дыхательному воздуху: этот учёт приводит к стационарному состоянию. Такая среда считается находящейся в термодинамическом равновесии, то есть расслабленной. Представьте себе колдуна, обладающего способностью остановить эти молекулы, застыть их вращательные или колебательные движения, изменять их по своему желанию, создавая новое статистическое распределение, искажая эту красивую гауссову кривую, даже порождая анизотропные явления, например удваивая тепловую скорость в одном направлении по сравнению с поперечными направлениями. Наконец, он позволяет системе развиваться дальше благодаря новым столкновениям. Сколько таких столкновений необходимо для того, чтобы система вернулась к термодинамическому равновесию? Ответ: очень мало. Среднее время свободного пробега молекулы между столкновениями даёт представление о времени релаксации в газе, о времени возвращения к термодинамическому равновесию.
Существуют ли среды, не находящиеся в равновесии, где статистические скорости молекул заметно отклоняются от этой удобной изотропности и красоты гауссовых кривых?
О да! И на самом деле это — доминирующее состояние во Вселенной. Галактика, «остров-Вселенная», состоящая из нескольких сотен миллиардов звёзд, масса которых примерно одинакова, может рассматриваться как газовая среда, в которой молекулами должны быть… звёзды. В данном случае мы сталкиваемся с ошеломляющим миром, где среднее время свободного пробега звезды до встречи с соседней звездой составляет в десять тысяч раз больше возраста Вселенной. Что мы подразумеваем под «встречей»? Речь идёт о столкновении, при котором две звезды резко сталкиваются? Ни в коем случае! В теоретической физике, называемой кинетической теорией газов, столкновением считается изменение траектории звезды, когда она проходит рядом с соседней звездой.
Однако расчёты показывают, что такие события чрезвычайно редки, и наша система из нескольких сотен миллиардов звёзд может рассматриваться как в основном не сталкивающаяся.
На протяжении миллиардов лет траектория нашего Солнца регулярна, почти круговая. Если бы Солнце обладало самосознанием и не меняло свой ритм из-за встреч, оно совершенно не осознавало бы присутствия соседей. Оно чувствует только гравитационное поле как «гладкое». Оно движется своим ритмом, как в ванне, не ощущая никаких неровностей, созданных другими звёздами. Немедленно проявляется следствие: поместим нашего гнома, теперь астронома, рядом с Солнцем в нашей галактике и попросим его построить статистику скоростей соседних звёзд во всех направлениях. Теперь становится очевидным. Динамически среда сильно анизотропна. Существует направление, где скорости движения звёзд (называемые астрономами остаточными скоростями относительно средней скорости вращения галактики, которая почти круговая и около 230 км/с рядом с Солнцем) практически вдвое превышают скорости в любом другом поперечном направлении. В нашем дыхательном воздухе это называлось бы сфероидальным распределением скоростей — теперь оно становится эллипсоидальным. Досюда всё хорошо? Как это влияет на наше восприятие, на понимание мира? Это меняет всё! Потому что на расстоянии мы не можем применять теории для столь сильно неравновесных систем.
Отложив в сторону парадоксальный статус галактик, вызванный этим дьявольским эффектом тёмной материи (недостающей массы), открытой в 1930 году американцем швейцарского происхождения Фрицем Цвикки, и, во всяком случае, мы не можем создать никакую модель самогравитирующей точечной массы (движущейся по орбите в собственном гравитационном поле). Наша физика остаётся всегда близкой к состоянию термодинамического равновесия. Конечно, любое отклонение от этого или того представляет собой отклонение от равновесия, например, разница температур между двумя газовыми областями, что приведёт к переносу тепла, переносу кинетической энергии от теплового движения. В этом случае, если мы снова поставим нашего гнома на работу, он заключит, что среда с динамической точки зрения «почти изотропна». Это будет верно для нашей атмосферы, даже если она пронизана самыми мощными штормами.
Таким образом, невозможно ли встретить, «прикоснуться к» ситуациям, когда газовая среда, жидкость находятся резко вне равновесия? Такие случаи возникают при прохождении ударных волн. Это ограниченные области, толщина которых составляет порядка нескольких средних свободных пробегов.
Когда газ проходит через ударную волну, он резко переходит из состояния, близкого к термодинамическому равновесию, в «сжатое» состояние, и термодинамическое равновесие восстанавливается после нескольких средних свободных пробегов.
Через сорок лет назад мы зафиксировали наблюдение в лаборатории, где я работал, теперь разобранной — «Институте механики жидкостей Марселя». У нас тогда были так называемые «трубы ударных волн» — своего рода газовые пушки. Принцип: с помощью взрыва мы запустили ударную волну, распространяющуюся со скоростью несколько тысяч метров в секунду в разрежённом газе — изначально давление газа составляло несколько миллиметров ртутного столба. Прохождение ударной волны сжимает газ, увеличивая его плотность.
Мы могли легко и точно отслеживать увеличение плотности с помощью интерферометрии. В то время мы также измеряли тепловой поток на поверхности макетов из плексигласа. Поскольку эксперименты длились лишь доли миллисекунды, наши приборы должны были иметь быструю реакцию. Точнее, они состояли из тонких металлических пленок толщиной около одного микрона, нанесённых в вакууме на стенку, действовавших как термисторы. Мы оценивали тепловой поток, записывая сопротивление этих датчиков во время их нагрева.
Однажды мы поместили датчик прямо на стенку трубы. Затем мы наблюдали, что тепловой поток достигал датчика с определённой задержкой после прохождения ударной волны, которая проявлялась резким скачком плотности. Однако мы проверили, что термическая инерция датчика была настолько малой, что задержка не могла быть вызвана им самим. На самом деле мы коснулись явления возврата к почти термодинамическому равновесию за ударной волной.
Это можно сравнить с ударом молотка. Плотность резко возрастает, и мы наблюдали скачок температуры, что означает увеличение тепловой скорости молекул. Однако за этой волной изотропия восстанавливается лишь спустя несколько средних свободных пробегов. Непосредственно перед фронтом плотности тепловое движение проявляется в движениях, начавшихся перпендикулярно направлению волны.
Когда наш датчик получает тепло, это происходит из-за ударов молекул воздуха о его поверхность. Однако непосредственно перед фронтом плотности на некотором расстоянии тепловое движение развивалось параллельно стенке. Газ был хорошо «нагрет», но временно не мог передать это тепло стенке. В ходе столкновений «эллипсоид скоростей» превращался в «сфероид скоростей», и датчик в конце концов возвращал полученный тепловой поток. Я, кажется, помню, что с нашим экспериментальным оборудованием мы зафиксировали этот тепловой поток примерно на один сантиметр перед фронтом плотности.
Таким образом, ударные волны представляют собой области очень малой толщины, где газовая среда сильно отклоняется от равновесия.
Как мы с этим справляемся? Мы делаем эти области эквивалентными поверхностям нулевой толщины. И это работает уже почти столетие.
Мне достаточно лет, чтобы знать почти всю историю компьютеров с самого начала. Когда я учился в «Национальной высшей школе аэронавтики», в здании не было ни одного компьютера. Они были установлены в святилищах, называемых «центрами вычислений», к которым у нас не было доступа. Мы производили расчёты с помощью логарифмических линеек — предметов любопытства для нынешнего поколения. В классах высшей школы у каждого из нас был свой логарифмический справочник, и каждый экзамен включал утомительный тест по численным расчётам с использованием этих предметов, которые теперь выставлены в музеях.
Когда я покинул аэронавтическую школу, появились механические машины (FACIT), работающие вручную. Чтобы умножить числа, нужно было крутить ручку в одну сторону, чтобы разделить — в другую.
Преподаватели или руководители кафедр имели электрические машины, которые нарушали тишину офисов гудением своих шестерёнок в Институте механики жидкостей в 1964 году. Компьютеры занимали почетное место, как далёкие боги, видимые только сквозь окно в этих центрах вычислений. Эти компьютеры, мощность которых эквивалентна мощности современного карманного компьютера, обслуживались священниками в белых рясах. Связаться с ними можно было только через толстую стопку перфокарт, шумно читаемых механическим «чтецом». Мы покупали «время вычислений» по секундам, что было настолько дорого, что для молодёжи сегодня это кажется неоновским.
Вторжение микрокомпьютеров всё изменило. Более того, рост мощности компьютеров был настолько стремительным, что сейчас интернет полон изображений огромных залов, заполненных таинственными чёрными шкафами, обрабатывающими невероятные объёмы данных.
Мегафлопсы, гигафлопсы, петафлопсы — в изобилии! В 70-е годы можно было легко прочитать содержимое оперативной памяти Apple II, полностью записанное в виде небольшой брошюры.
Мы живём в прометеевском мире. Можно ли сказать, что эти современные инструменты увеличивают наше мастерство в физике? У меня возникает анекдот. В Франции я был пионером микрокомпьютеров, руководя одним из первых центров (на базе Apple II), посвящённых этой технологии. В то время я также преподавал скульптуру в Академии изящных искусств Алье-ан-Прованс. Однажды я представил систему, использующую планшетный графопостроитель, который по желанию рисовал точные перспективные чертежи. Старый профессор, нахмурив брови, сказал: «Не говорите мне, что компьютер заменит художника?»
Перефразируя, можно представить коллегу, посетившего гигантский центр обработки данных, и заявившего: «Не говорите мне, что компьютер заменит мозг?»
Несмотря на неуклонный рост вычислительной мощности и массовое увеличение процессоров, мы до сих пор далеки от этого. Однако в некоторых областях эти системы отправили в мусор наши логарифмические таблицы и логарифмические линейки, среди прочего. Кто сейчас ещё считает интегралы вручную, на бумаге? Кто ещё играет с дифференциальным исчислением, кроме чистых математиков?
Сегодня мы верим, что «компьютер делает всё». Мы пишем алгоритмы, подаём данные, запускаем расчёты до получения результатов. Если нужно нарисовать здание или красивое инженерное сооружение — это работает отлично. Теория жидкостей тоже является успехом.
Мы можем поместить элемент поверхности произвольной формы перпендикулярно потоку газа и рассчитать картину вихревого течения вокруг него, независимо от его формы. Соответствует ли это эксперименту? Не всегда. Качественно мы контролируем явление: например, можем рассчитать надёжное значение аэродинамического сопротивления, возникающего из этого газового вихревого течения. Также мы рассчитываем эффективность сгорания внутри цилиндра, конвективные потоки в камере. Прогнозная метеорология быстро развивается, позволяя предсказывать погоду на несколько дней, за исключением «микрособытий», чрезвычайно локализованных и по-прежнему недоступных. Так ли это во всех областях?
Существуют тела, которые отказываются подчиняться этому современному льву-тамеру, который является компьютером. Это плазмы, находящиеся вне равновесия, обладающие первенством во всех категориях. Они также отклоняются от теории жидкостей, несмотря на внешнее сходство, потому что подвержены дальнодействующим силам из-за электромагнитного поля, эффект которого можно оценить только при учёте всех ионных частиц, составляющих систему.
Может быть, скажут: «Неважно. Достаточно рассматривать плазму как систему из N тел». Легче сказать, чем сделать! Ранее мы говорили о галактиках как об примерах миров без столкновений. Токамаки — тоже такой пример (ITER — гигантский токамак). Газ в них чрезвычайно разрежён. Перед запуском давление внутри 840 кубометров ITER будет ниже доли миллиметра ртутного столба. Почему такое низкое давление? Потому что нам нужно нагреть этот газ до более чем 100 миллионов градусов. Вы знаете, что давление выражается формулой p = nkT — k — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура, n — количество частиц на кубический метр. Ограничение плазмы осуществляется исключительно магнитным давлением, которое возрастает пропорционально квадрату магнитного поля.
При напряжённости поля 5,2 Тесла магнитное давление составляет 200 атмосфер. Для ограничения плазмы её давление должно оставаться значительно ниже этой величины. Из-за использования сверхпроводящего устройства магнитное поле нельзя увеличивать бесконечно, поэтому плотность плазмы внутри камеры реактора остаётся ограниченной очень низкими значениями. Из этих фактов следует, что речь идёт о теле полностью без столкновений, не поддающемся надёжной макроскопической характеристике. Можем ли мы рассматривать его как задачу N тел? Ни в коем случае — ни сейчас, ни в будущем. Невозможно локально рассчитать, как это делается с нейтральной жидкостью. Каждая область связана со всеми другими через электромагнитное поле. Возьмём, например, задачу переноса энергии от центра плазмы к стенкам. Помимо механизма, похожего на теплопроводность, помимо турбулентности, появляется третий механизм, называемый «аномальный перенос», использующий… волны.
В заключение, токамак — настоящее кошмарное испытание для теоретика.
Сама плазма, помимо своего непредсказуемого поведения, не является единственным элементом. Есть всё остальное: особенно неизбежная абляция частиц со стенок. Те, кто занимается планерами, знают фундаментальный параметр этих машин: отношение подъёмной силы к сопротивлению — он выражает количество метров, пройденных на один метр падения (коэффициент планирования). При заданной скорости крыло планера создаёт определённую подъёмную силу. При той же скорости возникает сила сопротивления, имеющая две причины: во-первых, индуцированное сопротивление:
Мы можем разместить элемент поверхности любой формы перпендикулярно некоторому газовому потоку и вычислить вихревую картину течения вокруг него, независимо от его формы. Соответствует ли это эксперименту? Не всегда. Качественно мы управляем процессом: например, можем рассчитать надёжный показатель аэродинамического сопротивления в результате вращения газа. То же самое — вычисляем эффективность горения внутри цилиндра, конвекционные течения в замкнутом объёме. Прогностическая метеорология быстро развивается, обеспечивая прогноз на несколько дней, за исключением «микрособытий» — очень локализованных явлений, которые пока не поддаются управлению. Так ли это во всех областях?
Существуют объекты, которые отказываются подчиняться современному «цирковому артисту» — компьютеру. Это — «неравновесные» плазмы, чемпионы всех категорий. Они также уходят от теории жидкостей, несмотря на внешнее сходство, поскольку подвержены действию на расстоянии из-за электромагнитного поля, чьё воздействие можно оценить только при учёте всех ионных частиц, составляющих систему.
Неважно, скажете вы. Достаточно рассматривать плазму как систему из N тел. Легче сказать, чем сделать! Ранее мы говорили о галактиках как об образцах «свободных от столкновений» миров. Токамаки — другой пример (ITER — гигантский токамак). Газ, который они содержат, чрезвычайно разрежён. Перед запуском давление внутри объёма 840 кубометров ITER будет меньше долей миллиметра ртутного столба. Почему такое низкое давление? Потому что мы хотим нагреть этот газ до более чем 100 миллионов градусов. Однако вы знаете, что давление выражается формулой: p = nkT — k — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура, n — число частиц на кубический метр. Ограничение плазмы осуществляется исключительно магнитным давлением, которое возрастает пропорционально квадрату магнитного поля.
При напряжённости поля 5,2 Тесла магнитное давление составляет 200 атмосфер. Что касается ограничения плазмы, её давление должно оставаться значительно ниже этого значения. Благодаря использованию сверхпроводящих устройств, магнитное поле нельзя увеличивать бесконечно, поэтому плотность плазмы внутри реакторной камеры остаётся ограниченной очень низкими значениями. Из этих фактов следует, что мы имеем дело с телом, полностью свободным от столкновений, не поддающимся надёжному макроскопическому определению. Можно ли управлять им как системой из N тел? Даже не мечтайте — ни в настоящем, ни в будущем. Локально рассчитать невозможно, как это можно было бы сделать с нейтральной жидкостью. Каждая область связана с любой другой через электромагнитное поле. Возьмём, например, задачу переноса энергии от центра плазмы к стенкам. Помимо механизма, похожего на теплопроводность, помимо турбулентности, возникает третий механизм — «аномальный перенос», использующий… волны.
Коротко говоря, токамак — абсолютный кошмар для теоретика.
Плазма сама по себе, помимо своего неподконтрольного поведения, — не единственный участник процесса. Есть и всё остальное: в частности, неизбежное испарение частиц со стенок. Те, кто занимается планерами, знают, что основным параметром этих машин является отношение подъёмной силы к сопротивлению: оно выражает количество метров пролёта на каждый метр потери высоты (глиссада). Крыло планера при определённой скорости создаёт определённую подъёмную силу. При той же скорости возникает сопротивление, которое имеет два источника: первый — индуцированное сопротивление, вызванное потерей энергии из-за вихрей на концах крыла.
Избежать его невозможно, если не бесконечная размах крыла… Чтобы уменьшить его, планёры имеют чрезвычайно большой размах — часто более 20 метров, с коэффициентом аспекта (отношение полуразмаха к средней хорде) более 20. Второй источник сопротивления — вязкое сопротивление. Его можно уменьшить, добившись максимально гладкой поверхности крыла. Благодаря хорошей полировке мы откладываем начало турбулентности непосредственно у поверхности крыла. Это явление — базовая неустойчивость в жидкостях; превосходная полировка может лишь отсрочить её появление. Напротив, турбулентность может быть вызвана возмущением. Если посмотреть на поток дыма в спокойной атмосфере — это струя горячего газа, окрашенная частицами. Эта струя дыма, сначала спокойная, становится сильно турбулентной уже через десятую долю сантиметра подъёма, независимо от спокойствия окружающего воздуха. Введя в этот поток препятствие, например иглу, можно вызвать необратимую турбулентность. То же самое делает даже минимальная шероховатость на полированной поверхности крыла планёра, которая запускает локальные турбулентные явления, увеличивая коэффициент трения воздуха в сотни раз, а значит, и общее сопротивление. В современных планёрах мы достигли сохранения ламинарного потока (непертурбированного, слоистого) более чем на 60% хорды крыла. Если случайно муха ударяется о переднюю кромку, эта микроскопическая неровность запускает турбулентность в зоне, протяжённостью около 30 градусов. Поэтому в соревновательных планёрах, у которых глиссада более 50, предусмотрен автоматический и своевременный механизм очистки передней кромки, который можно сравнить с линейным ветровым щитом: щётка движется вперёд-назад по передней кромке и возвращается в скрытое место.
Были предприняты колоссальные усилия для повышения общей глиссады пассажирских самолётов, чтобы снизить их расход топлива. В шестидесятых годах «Каравелла», способная летать между Орли и Дижоном, имела глиссаду 12. Сегодня даже эти гигантские Airbus A380 имеют глиссаду более 20.
То есть, при отсутствии тяги, с четырьмя выключенными двигателями, с высоты 10 тысяч метров они могут пролететь более 200 километров.
Вернёмся к плазме и токамакам: в этих машинах микроскопический объём турбулентности может быть вызван миниатюрными частицами, оторванными от стенок, и распространиться по реакторной камере. Что касается турбулентности, диапазон её проявлений чрезвычайно велик — от микротурбулентности до электродинамических конвульсий плазмы, охватывающих весь объём.
В заключение: инженеры не могут управлять машиной, не прибегая к приближённым эмпирическим «законам инженеров», имеющим слабую надёжность, относительно работающей системы. В области, где неравновесие — царь, где измерения чрезвычайно трудны, компьютер бесполезен. Эксперимент — единственный руководитель. Также экстраполяция приводит к открытию новых неожиданных явлений, таких как вертикальное движение плазмы (VDE — Vertical Displacement Event), которое проявилось при переходе от токамака TFR в Фонтен-о-Роз к JET в Кульхеме.
Недавний провал NIF (National Ignition Facility, расположенный в Ливерморе, Калифорния) — хороший пример неудачи в крупных и дорогостоящих установках при использовании самых мощных компьютеров мира. Это заключение кампании NIC (National Ignition Campaign) после двухлетних испытаний с 2010 по 2012 год. Система, состоящая из 192 лазеров, выдаёт 500 тераватт (более тысячи раз больше мощности электросети США) за долю наносекунды на сферический мишень диаметром 2 мм, заполненный смесью дейтерия и трития, помещённый в центр цилиндрической коробки длиной 2 см и диаметром 1 см, называемой Holraum («печь» по-немецки).
План следующий: половина лазерных дисковых пучков разрывается в отверстие с одной стороны Holraum, другая половина — в противоположное. Эти чрезвычайно тонкие ультрафиолетовые пучки ударяют по внутренним стенкам печи, изготовленной из золота. Золото излучает рентгеновское излучение. Лазерные пучки, точно сфокусированные, создают три пятна на внутренней стенке. Рентгеновское излучение, испускаемое вновь, попадает на сферическую мишень. Теперь речь идёт об опосредованном облучении. Эта система была разработана в основном для имитации стадии термоядерного синтеза водородной бомбы, где рентгеновское излучение (в данном случае генерируемое устройством расщепления) ударяет по стенкам оболочки, называемой аблятором, содержащей термоядерный взрывчатый материал (литий-дейтерид). В NIF последний был заменён смесью дейтерия и трития, где синтез начинается при более низкой температуре — порядка 100 миллионов градусов. Оболочка (аблятор, тонкая сферическая оболочка) сублимируется и взрывается в обоих направлениях — внутрь и наружу. Мы используем обратное сжатие для создания «горячей точки» в центре мишени, надеясь запустить зажигание по схеме инерционного ограничения.
Всё это было рассчитано под руководством Джона Линдла. В 2007 году статья, посвящённая этому учёному во время вручения премии Максвелла, подробно описала, что должно произойти. Теоретики были настолько уверены, что Линдл не колебался, заявляя, что зажигание станет отправной точкой для широкой серии экспериментов. То же самое говорил и менеджер испытаний, который даже установил дедлайн — октябрь 2012 года, который должен был стать завершением тридцатилетних усилий как теоретического, так и технологического характера.
Результатом стала огромная неудача, описанная в отчёте от 19 июля 2012 года, изданном Департаментом энергетики США (D.O.E.) под руководством Дэвида Х. Крандалла.
То, что остаётся от этого отчёта, посвящённого столь важной работе, — это то, что, несмотря на высочайшее качество как технологии, так и измерений, ничего, что вышло из эксперимента, не имело никакой связи с расчётными данными и прогнозами, полученными с помощью самых мощных компьютеров.
Настолько, что некоторые наблюдатели задавались вопросом: могут ли эти модели вообще представлять ценность для будущих экспериментов.
Кризис NIF очевиден — невозможно увеличить количество лазеров (на основе стекла с неодимом) из-за стоимости. Невозможно также увеличить их мощность — на самом деле, при превышении определённого уровня энергии они склонны взрываться, независимо от однородности и качества стекла.
Чтобы запустить зажигание и инерционный синтез, скорость сжатия должна быть не менее 370 км/с. Эта скорость не достигается, и, что ещё важнее, когда оболочка, составляющая аблятор, превращается в плазму и толкает содержимое D-T, «поршень смешивается с топливом» из-за хорошо известной неустойчивости Рэлея — Тейлора. Чтобы минимизировать её влияние, нужно делать аблятор толще. Но тогда возрастает его инерция, и порог скорости сжатия снова не будет достигнут.
Моделирование на компьютере дало ложные результаты во всех областях. Как указано в отчёте D.O.E., моделирование взаимодействия лазера со стенками (удар рентгеновских лучей по золотым стенкам) неудовлетворительно, несмотря на десятки лет исследований и сотни диссертаций и статей. То же самое — взаимодействие между пучками рентгеновского излучения, описываемое законом, называемым «обратное рассеяние Рамана», с золотой плазмой, образующейся при сублимации золота на стенках камеры. Взаимодействие рентгеновского излучения с аблятором также не моделируется корректно. Наконец, вычислительные алгоритмы (LASNEX) полностью недооценили вес неустойчивости Рэлея — Тейлора, деформации контактной поверхности аблятора и дейтерия-трития, напоминающей кишечные ворсинки.
Эти неудачи показывают пределы доверия, которое можно возлагать на результаты сверхмощного компьютерного моделирования, когда машины сталкиваются с серьёзными неравновесными задачами, в основном нелинейными, где множество плохо смоделированных механизмов играют ключевую роль.
Доктор Жан-Пьер Петье