لدى مهندس ناسا فكرة رائعة عن محرك تباعد سريع. إنه أمر سيء للغاية أنه ينتهك قوانين الفيزياء
عندما يعلن مهندس في وكالة ناسا عن محرك جديد وثوري يمكن أن يأخذنا إلى النجوم ، فمن السهل أن تكون متحمسًا. لكن الشياطين تكمن في التفاصيل ، وعندما تنظر إلى مقالة فعلية تبدو الأشياء أقل وعدًا بكثير.
بادئ ذي بدء ، تعد المقالة الخطوط العريضة لفكرة ، وليست عملًا خاضعًا لاستعراض الأقران. كما أشار المؤلف ديفيد بيرنز في الصفحة الأخيرة ، فإن المفهوم الأساسي لم يتم إثباته ، ولم تتم مراجعته من قبل الخبراء ، وقد توجد أخطاء حسابية. سيكون 'المحرك الحلزوني' الذي اقترحه بيرنز أيضًا محركًا غير متفاعل مشابه لـ EM- محرك ، وبالتالي ينتهك قانون نيوتن الثالث للحركة. سيكون من السهل فقط رفض العمل والمضي قدمًا ، لكني أود إلقاء نظرة على التفاصيل لأنها فكرة مثيرة للاهتمام (رغم أنها معيبة).
بنية المحرك الحلزونية. الائتمان: ديفيد بيرنز
لنبدأ بمحركات الأقراص غير المتفاعلة بشكل عام. كل من هذا المحرك الحلزوني و EM-Drive قبل أن يكونا 'غير فعالين' ، لأنه على عكس الصواريخ التقليدية والدفاعات ، فإنهما لا يطردان الوقود الدافع. في قلبهم ، كل الصواريخ مبنية عليها قانون نيوتن الثالث للحركة ، والتي تنص على أنه بالنسبة لأي قوة تطبقها على صاروخك ، يجب أن يكون هناك نفس القوة المضادة المطبقة على شيء آخر. بالنسبة للصاروخ ، هذا نوع من الوقود. تخلص من الغاز الساخن من النهاية الخلفية لصاروخك بسرعة عالية ، وبموجب قانون نيوتن الثالث ، يتحرك الصاروخ للأمام. سهل جدا.
صورة عن قرب لمحركات صاروخ ULA Delta IV الثقيل أثناء إطلاقه من محطة Cape Canaveral الجوية. الائتمان: جلين ديفيس
تكمن المشكلة في أنه من أجل جعل صاروخك ينطلق بسرعة كبيرة ، عليك أن تحمل معك مجموعة من الوقود. على سبيل المثال ، احتاج صاروخ Saturn V إلى حرق حوالي 20 كيلوجرامًا من الوقود لكل كيلوغرام واحد من الحمولة للوصول إلى القمر.
تزداد الأمور سوءًا كلما ابتعدت عن السفر. إذا كنت ترغب في إرسال مسبار إلى أقرب النجوم ، فستحتاج إلى حوالي 2000 كيلوغرام من الوقود لكل كيلوغرام من الحمولة ، وستستغرق رحلتك 100000 عام. لذلك من الآمن أن نقول إن الصواريخ التقليدية لن توصلنا إلى النجوم.
التوهج الأزرق المريح لمحرك الأقراص الأيوني. حقوق الصورة: ناسا
محرك بلا رد فعل مختلف. سيوفر الدفع لصاروخك دون إلقاء الوقود من النهاية الخلفية ، لذلك لا تحتاج إلى كل هذا الوزن الزائد. كل ما تحتاجه هو الطاقة ، والتي يمكنك الحصول عليها من الألواح الشمسية أو من مفاعل الاندماج. ستكون نسبة الوقود إلى الحمولة في الأساس 1 إلى 1. الجانب السلبي الوحيد هو أن المحركات غير المتفاعلة تنتهك قانون نيوتن الثالث.
الآن ، قد تجادل بأن أينشتاين أثبت خطأ نيوتن ، وهذا صحيح ، لكن نظرية النسبية لأينشتاين تتفق مع قانون نيوتن الثالث. وكذلك تفعل نظرية الكم. إذا نجحت المحركات غير المتفاعلة ، فإن ثلاثة قرون من الفيزياء تكون خاطئة.
محبي EM-Drive يجادلون بذلك بالضبط. يقولون إن نظام EM-Drive يعمل ، لذا فإن قانون نيوتن الثالث خاطئ. فترة. ما يجعل هذا المحرك الحلزوني الجديد مثيرًا للاهتمام هو أنه بدلاً من مجرد انتهاك قانون نيوتن الثالث ، فإنه يحاول لعب نيوتن ضد نفسه باستخدام الكتلة النسبية.
قد تتسبب الكتلة المرتدة للكتلة الثابتة في الصاروخ في اهتزازه.
الائتمان: ديفيد بيرنز
الفكرة الأساسية هي تحريك كتلة ذهابًا وإيابًا داخل صاروخ ، مثل ارتداد كرة ذهابًا وإيابًا. إذا فعلت ذلك بكتلة عادية ، فعندما تصطدم الكرة بمقدمة الصاروخ ، سيتحرك الصاروخ للأمام قليلاً ، وعندما تصطدم الكرة بالجهة الخلفية ، سيتحرك الصاروخ للخلف قليلاً. بعبارة أخرى ، سيتأرجح الصاروخ للأمام وللخلف عندما ترتد الكرة ذهابًا وإيابًا.
مصادم الهادرونات الكبير ، مثال على مسرّع الجسيمات. الائتمان: سيرن.
يقترح بيرنز القيام بذلك مع الجسيمات الموجودة في مسرّع الجسيمات الحلزوني. لذا عندما ترتفع الجسيمات إلى أعلى وأسفل اللولب ، يتحرك الصاروخ وفقًا لقانون نيوتن الثالث. لكن بيرنز يقترح أيضًا تسريع الجسيمات إلى سرعة قريبة من سرعة الضوء لأنها في مقدمة الصاروخ وإبطائها في الخلف. تقول النسبية أن الجسيمات التي تتحرك بالقرب من سرعة الضوء لها كتلة أكبر من الجسيمات الأبطأ ، لذا فهي أثقل في مقدمة الصاروخ منها في المؤخرة.
بالعودة إلى تشبيه الكرة ، سيكون هذا كما لو أن كرتك تكتسب كتلة بطريقة سحرية قبل أن تصطدم بمقدمة الصاروخ وتفقد كتلتها قبل أن تضرب المؤخرة. وفقًا لقوانين نيوتن ، هذا يعني أن الكرة ستمنح الصاروخ دفعة للأمام أكبر من دفعها للخلف ، وأن الصاروخ سيتسارع للأمام.
الكتلة المرتدة للكتلة المتغيرة في الصاروخ ستحرك الصاروخ للأمام.
الائتمان: ديفيد بيرنز
إذا كان بإمكانك استخدام كرة سحرية متغيرة الكتلة ، فستنجح هذه الفكرة. لكن النسبية لا تزال تخضع لقانون نيوتن الثالث ، لذا فإن الفكرة لا تعمل في العالم الحقيقي. بيرنز محق في وجود خطأ في ورقته ، لكنه خطأ خفي.
يعمل تصميمه على تسريع الحركة الدائرية للجسيمات فقط ، لذلك يفترض أن سرعتها للأمام وللخلف على طول محور الصاروخ يجب أن تظل ثابتة. لكن في النسبية ، مع زيادة كتلة الجسيمات ، تتباطأ سرعتها على طول المحور. ويرجع ذلك إلى التأثيرات النسبية للتمدد الزمني وتقلص الطول. نتيجة لذلك ، تمنح الجسيمات الصاروخ دفعة متساوية عند كلا الطرفين. لا تسمح لك نظريات أينشتاين بالالتفاف حول نيوتن.
في الإنصاف ، أدرك بيرنز أن فكرته كانت بعيدة المنال ، ولهذا السبب طرحها للآخرين لمراجعتها. هذا ما يدور حوله العلم. وهذا هو السبب أيضًا في أنه من المفيد أن تكون متحمسًا قليلاً عند طرح أفكار مثل هذه. سيفشل معظمهم ، لكن في يوم من الأيام قد ينجح المرء. يمكننا الوصول إلى النجوم بعد كل شيء ، ولكن فقط إذا كنا على استعداد لمواصلة اختبار الأفكار الجديدة.