Nowa teoria na temat działania silnika EmDrive. Silnik jest możliwy inaczej

Słynny EmDrive (1) nie powinien łamać praw fizyki, twierdzi Mike McCulloch (2) z Uniwersytetu w Plymouth. Naukowiec proponuje teorię, która sugeruje nowy sposób myślenia o ruchu i bezwładności obiektów o bardzo małych przyspieszeniach. Gdyby miał rację, nazwalibyśmy ten tajemniczy napęd „nieinercyjnym”, ponieważ to właśnie bezwładność, czyli bezwładność, prześladuje brytyjskiego badacza.

Bezwładność jest charakterystyczna dla wszystkich obiektów, które mają masę, reagując na zmianę kierunku lub przyspieszenie. Innymi słowy, masę można traktować jako miarę bezwładności. Choć wydaje nam się to dobrze znaną koncepcją, sama jej natura nie jest tak oczywista. Koncepcja McCullocha opiera się na założeniu, że bezwładność wynika z efektu przewidywanego przez ogólną teorię względności, zwanego promieniowanie z UnruhJest to promieniowanie ciała doskonale czarnego działające na przyspieszające obiekty. Z drugiej strony możemy powiedzieć, że temperatura Wszechświata rośnie w miarę przyspieszania.

2. Mike McCulloch z Uniwersytetu w Plymouth

Według McCullocha bezwładność to po prostu ciśnienie wywierane przez promieniowanie Unruha na przyspieszające ciało. Efekt jest trudny do zbadania dla przyspieszeń, które zwykle obserwujemy na Ziemi. Według naukowca staje się to widoczne dopiero wtedy, gdy przyspieszenia stają się mniejsze. Przy bardzo małych przyspieszeniach długości fal Unruha są tak duże, że nie mieszczą się już w obserwowalnym wszechświecie. Kiedy tak się dzieje, argumentuje McCulloch, bezwładność może przyjmować tylko określone wartości i przeskakiwać z jednej wartości na drugą, co słusznie przypomina efekty kwantowe. Innymi słowy, bezwładność należy skwantować jako składową małych przyspieszeń.

McCulloch uważa, że jego teoria może zostać potwierdzona w obserwacjach. dziwne skoki prędkości obserwowane podczas przelotu niektórych obiektów kosmicznych w pobliżu Ziemi w kierunku innych planet. Trudno jest dokładnie zbadać ten efekt na Ziemi, ponieważ związane z nim przyspieszenia są bardzo małe.

Jeśli chodzi o sam EmDrive, koncepcja McCullocha opiera się na następującej idei: jeśli fotony mają jakąkolwiek masę, to po odbiciu powinny odczuwać bezwładność. Jednak promieniowanie Unruha w tym przypadku jest bardzo małe. Tak mały, że może wchodzić w interakcję z bezpośrednim otoczeniem. W przypadku EmDrive jest to stożek konstrukcji „silnika”. Stożek umożliwia pewną długość promieniowania Unruha na szerszym końcu i krótszą długość promieniowania na węższym końcu. Fotony ulegają odbiciu, zatem ich bezwładność w aparacie musi się zmieniać. A z zasady zachowania pędu, która wbrew częstym opiniom na temat EmDrive nie zostaje w tej interpretacji naruszona, wynika, że w ten sposób należy stworzyć przyczepność.

Teorię McCullocha można przetestować eksperymentalnie na co najmniej dwa sposoby. Po pierwsze, umieszczenie dielektryka wewnątrz komory - powinno to zwiększyć wydajność napędu. Po drugie, zdaniem naukowca zmiana wielkości komory może zmienić kierunek ciągu. Stanie się tak, gdy promieniowanie Unruha będzie lepiej dopasowane do węższego końca stożka niż do szerszego. Podobny efekt można wywołać zmieniając częstotliwość wiązek fotonów wewnątrz stożka. „W niedawnym eksperymencie NASA doszło już do odwrócenia ciągu” – mówi brytyjski badacz.

Teoria McCullocha z jednej strony eliminuje problem zachowania pędu, z drugiej strony schodzi na margines głównego nurtu nauki. (typowa nauka marginalna). Z naukowego punktu widzenia kontrowersyjne jest założenie, że fotony mają masę bezwładną. Co więcej, logicznie rzecz biorąc, prędkość światła powinna zmieniać się wewnątrz komory. Jest to dość trudne do zaakceptowania przez fizyków.

3. Zasada działania silnika EmDrive

Działa, ale wymaga dalszych testów

EmDrive był pierwotnie pomysłem Rogera Scheuera, jednego z najwybitniejszych europejskich ekspertów w dziedzinie aeronautyki. Przedstawił ten projekt w formie stożkowego pojemnika. Jeden koniec rezonatora jest szerszy od drugiego, a jego wymiary dobiera się w taki sposób, aby zapewnić rezonans fal elektromagnetycznych o określonej długości. W rezultacie fale te rozchodzące się w kierunku szerszego końca muszą przyspieszać i zwalniać w kierunku węższego końca (3). Zakłada się, że w wyniku różnych szybkości przemieszczenia czoła fali wywierają one różne ciśnienie promieniowania na przeciwległe końce rezonatora, a tym samym ciąg inny niż null, który przesuwa obiekt.

Jednakże, zgodnie ze znaną fizyką, pęd nie może wzrosnąć, jeśli nie zostanie zastosowana dodatkowa siła. Teoretycznie EmDrive działa wykorzystując zjawisko ciśnienia radiacyjnego. Prędkość grupowa fali elektromagnetycznej, a tym samym wytwarzana przez nią siła, może zależeć od geometrii falowodu, w którym się ona rozchodzi. Zgodnie z koncepcją Scheuera, jeśli zbudujesz falowód stożkowy w taki sposób, że prędkość fali na jednym końcu będzie znacząco różna od prędkości fali na drugim końcu, to odbijając tę falę pomiędzy dwoma końcami otrzymasz różnica ciśnienia promieniowania, tj. siłę wystarczającą do uzyskania przyczepności. Według Shayera EmDrive nie łamie praw fizyki, lecz wykorzystuje teorię Einsteina – silnik znajduje się w innym układzie odniesienia niż „pracująca” w nim fala.

Do tej pory zbudowano tylko bardzo małe Prototypy EmDrive o sile uciągu rzędu mikronewsów. Dość duża instytucja badawcza, chińska uczelnia Xi'an Northwestern Polytechnic University, przeprowadziła eksperymenty z prototypowym silnikiem o sile ciągu 720 μN (mikroniutonów). Może to niewiele, ale niektóre silniki jonowe stosowane w astronomii nie generują więcej.

4. Test EmDrive 2014.

Testowana przez NASA wersja EmDrive (4) jest dziełem amerykańskiego projektanta Guido Fettiego. Badania próżniowe wahadła potwierdziły, że osiąga ono ciąg o wartości 30-50 µN. Laboratorium Eagleworks, zlokalizowane w Centrum Kosmicznym im. Lyndona B. Johnsona w Houston, potwierdził swoje działanie w próżni. Eksperci NASA wyjaśniają działanie silnika efektami kwantowymi, a dokładniej interakcją z cząsteczkami materii i antymaterii, które powstają, a następnie unicestwiają się wzajemnie w próżni kwantowej.

Amerykanie przez długi czas nie chcieli oficjalnie przyznać, że zaobserwowali ciąg wytwarzany przez EmDrive, obawiając się, że uzyskana niewielka wartość może wynikać z błędów pomiarowych. W związku z tym udoskonalono metody pomiarowe i powtórzono eksperyment. Dopiero po tym wszystkim NASA potwierdziła wyniki badań.

Jak jednak donosił „International Business Times” w marcu 2016 roku, jeden z pracowników NASA pracujących nad projektem powiedział, że agencja planuje powtórzyć cały eksperyment z osobnym zespołem. Dzięki temu będzie mogła w końcu przetestować rozwiązanie, zanim zdecyduje się na inwestycję w nie większych pieniędzy.