Når en NASA ingeniør kunngjør en ny og revolusjonerende motor som kan ta oss til stjernene, det er lett å bli begeistret. Men demonene er i detaljene, og når du ser på den faktiske artikkelen ser ting langt mindre lovende ut.
Til å begynne med er artikkelen en oversikt over en idé, ikke fagfellevurdert arbeid. Som forfatteren David Burns påpeker på siste side, er det grunnleggende konseptet uprøvd, ikke blitt vurdert av eksperter, og matematikkfeil kan eksistere. Burns 'foreslåtte "spiralformede motor" ville også være en reaksjonsfri stasjon som ligner på EM-stasjonen, og det ville også bryte Newtons tredje lov om bevegelse. Det ville være lett å bare avskjedige arbeidet og gå videre, men jeg vil gjerne se på detaljene fordi det er en interessant (men feilaktig) idé.
La oss starte med reaksjonsløse stasjoner generelt. Både denne Helical Engine og EM-Drive før den er "reaksjonsfri", fordi de i motsetning til tradisjonelle raketter og thrustere ikke driver bort drivmiddel. Hjertene deres er alle raketter basert på Newtons tredje bevegelseslov, som sier at for enhver styrke du bruker på raketten din, må det være en lik motkraft som brukes på noe annet. For en rakett er det en slags drivstoff. Kast varm gass ut bakenden av raketten din i høy hastighet, og ved Newtons tredje lov beveger raketten seg fremover. Lett peasy.
Problemet med dette er at for å få raketten din til å gå veldig fort, må du ta en haug med drivstoff med deg. Saturn V, for eksempel, trengte å forbrenne rundt 20 kilo drivstoff for hver kilo nyttelast bare for å nå månen.
Ting blir verre jo lenger du reiser. Hvis du ville sende en sonde til de nærmeste stjernene, ville du trengt rundt 2000 kilo drivstoff for hver kilo nyttelast, og turen vil fortsatt ta 100 000 år. Så det er trygt å si at tradisjonelle raketter ikke kommer oss til stjernene.
Et reaksjonsløst driv er annerledes. Det vil gi skyvekraften til raketten din uten å kaste drivstoff ut bakenden, slik at du ikke trenger all den ekstra vekten. Alt du trenger er strøm, som du kan få fra solcellepaneler eller en fusjonsreaktor. Forholdet mellom drivstoff og nyttelast ville i utgangspunktet være 1 til 1. Den eneste ulempen er at reaksjonsløse stasjoner bryter Newtons tredje lov.
Nå kan du hevde at Einstein beviste Newton feil, noe som er sant, men Einsteins relativitetsteori stemmer overens med Newtons tredje lov. Det samme gjør kvanteteori. Hvis reaksjonsløse stasjoner fungerer, er det tre hundre år med fysikk som tar feil.
Fans av EM-Drive argumenterer akkurat for det. EM-Drive fungerer, sier de, så Newtons tredje lov er feil. Periode. Det som gjør denne nye Helical Engine interessant, er at i stedet for å bare bryte Newtons tredje lov, prøver den å spille Newton mot seg selv ved å bruke relativistisk masse.
Den grunnleggende ideen er å flytte en masse frem og tilbake i en rakett, som å sprette en ball frem og tilbake. Hvis du gjorde det med en normal masse, når ballen treffer fronten av raketten, ville raketten bevege seg litt fremover, og når ballen treffer baksiden, ville raketten bevege seg litt tilbake. Med andre ord, raketten bare vinglet fremover og bakover mens ballen spretter frem og tilbake.
Burns foreslår å gjøre dette med partikler i en spiralformet partikkelakselerator. Så når partiklene går opp og ned i helixen, beveger raketten seg etter Newtons tredje lov. Men Burns foreslår også å akselerere partiklene til nær lyshastighet når de er foran raketten og bremse dem bak. Relativiteten sier at partikler som beveger seg nær lysets hastighet har større masse enn langsommere partikler, slik at de er tyngre foran raketten enn bak.
Når du går tilbake til ballanalogien, vil dette være som om ballen din magisk får masse før den treffer fronten av raketten, og mister masse før den treffer bak. I henhold til Newtons lover betyr dette at ballen ville gi raketten et større trykk fremover enn bakover, og raketten ville akselerere fremover.
Hvis du kunne bruke en magisk masseskiftende ball, ville denne ideen fungert. Men relativitet følger fortsatt Newtons tredje lov, så ideen fungerer ikke i den virkelige verden. Burns har rett i at det er en feil i papiret hans, men det er en subtil feil.
Hans design akselererer bare partiklenes sirkulære bevegelse, så han antar at hastigheten deres fremover og bakover langs raketten skal forbli konstant. Men i relativitet, når massen til partiklene øker, ville hastigheten langs aksen avta. Dette skyldes de relativistiske effektene av tidsutvidelse og lengdekontraksjon. Som et resultat gir partiklene raketten en like dytt i begge ender. Einsteins teorier lar deg ikke komme rundt Newton.
I rettferdighet visste Burns at ideen hans var et langt skudd, og det er grunnen til at han la den ut der for andre å gjennomgå. Det er det vitenskapen handler om. Det er også grunnen til at det er verdt å bli litt spent når ideer som dette blir fremmet. De fleste av dem vil mislykkes, men en dag kan det hende at det fungerer. Vi kan tross alt komme til stjernene, men bare hvis vi er villige til å fortsette å teste nye ideer.
Kilde: Helical Engine av David Burns
