Kiedy NASA inżynier ogłasza nowy i rewolucyjny silnik, który może zabrać nas w gwiazdy, łatwo się ekscytować. Ale demony są w szczegółach, a kiedy spojrzysz na rzeczywisty artykuł, sprawy wyglądają o wiele mniej obiecująco.
Na początek artykuł stanowi zarys pomysłu, a nie pracę recenzowaną. Jak zauważył autor David Burns na ostatniej stronie, podstawowa koncepcja jest niepotwierdzona, nie została sprawdzona przez ekspertów i mogą występować błędy matematyczne. Proponowany przez Burnsa „silnik helikalny” byłby również napędem bez reakcji podobnym do napędu EM, a zatem naruszałby trzecie prawo ruchu Newtona. Łatwo byłoby po prostu odrzucić pracę i przejść dalej, ale chciałbym przyjrzeć się szczegółom, ponieważ jest to interesujący (choć wadliwy) pomysł.
Zacznijmy od napędów bez reakcji w ogóle. Zarówno ten Helical Engine, jak i EM-Drive, zanim były „bezczynne”, ponieważ w przeciwieństwie do tradycyjnych rakiet i silników odrzutowych, nie wyrzucają paliwa. W ich sercu wszystkie rakiety opierają się na trzeciej zasadzie ruchu Newtona, która mówi, że dla każdej siły, którą przyłożysz do swojej rakiety, musi istnieć taka sama przeciwdziałanie przyłożona do czegoś innego. Dla rakiety jest to rodzaj paliwa. Wyrzuć gorący gaz z tyłu rakiety z dużą prędkością, a zgodnie z trzecim prawem Newtona rakieta porusza się do przodu. Bułka z masłem.
Problem polega na tym, że aby naprawdę szybko uruchomić rakietę, musisz zabrać ze sobą sporo paliwa. Na przykład Saturn V musiał spalić około 20 kilogramów paliwa na każdy kilogram ładunku, aby dotrzeć na Księżyc.
Z biegiem podróży sytuacja się pogarsza. Jeśli chcesz wysłać sondę do najbliższych gwiazd, potrzebujesz około 2000 kilogramów paliwa na każdy kilogram ładunku, a podróż potrwa jeszcze 100 000 lat. Można śmiało powiedzieć, że tradycyjne rakiety nie doprowadzą nas do gwiazd.
Napęd bez reakcji jest inny. Zapewniłoby to pchnięcie rakiecie bez wyrzucania paliwa z tyłu, więc nie potrzebujesz całej dodatkowej masy. Wystarczy energia, którą można uzyskać z paneli słonecznych lub reaktora termojądrowego. Stosunek paliwa do ładunku wyniósłby w zasadzie 1 do 1. Jedynym minusem jest to, że bezczynne napędy naruszają trzecie prawo Newtona.
Teraz możesz argumentować, że Einstein udowodnił, że Newton się mylił, co jest prawdą, ale teoria względności Einsteina zgadza się z trzecim prawem Newtona. Podobnie teoria kwantowa. Jeśli napędy bez reakcji działają, wówczas trzy wieki fizyki są w błędzie.
Fani EM-Drive twierdzą, że właśnie to. Mówią, że EM-Drive działa, więc trzecie prawo Newtona jest złe. Kropka. To, co sprawia, że ten nowy silnik helikalny jest interesujący, polega na tym, że zamiast po prostu naruszać trzecie prawo Newtona, próbuje grać Newtona przeciwko sobie, używając relatywistycznej masy.
Podstawową ideą jest poruszanie się masy w tę iz powrotem w rakiecie, jak odbijanie piłki tam iz powrotem. Jeśli zrobiłbyś to z normalną masą, gdy piłka uderzy w przód rakiety, rakieta poruszy się nieco do przodu, a gdy piłka uderzy w tył, rakieta cofnie się nieco. Innymi słowy, rakieta kołysałaby się do przodu i do tyłu, gdy piłka odbijała się w przód iw tył.
Burns proponuje zrobienie tego z cząsteczkami w spiralnym akceleratorze cząstek. Gdy cząstki poruszają się w górę i w dół spirali, rakieta porusza się według Trzeciego Prawa Newtona. Ale Burns proponuje również przyspieszenie cząstek do prędkości bliskiej prędkości światła, ponieważ znajdują się one z przodu rakiety i spowolnienie ich z tyłu. Względność mówi, że cząstki poruszające się w pobliżu prędkości światła mają większą masę niż cząstki wolniejsze, więc są cięższe z przodu rakiety niż z tyłu.
Wracając do analogii piłki, wyglądałoby to tak, jakby twoja piłka magicznie zyskała masę, zanim uderzy w przód rakiety i straci masę, zanim uderzy w tył. Zgodnie z prawami Newtona oznacza to, że piłka dałaby rakiecie większy nacisk do przodu niż do tyłu, a rakieta przyspieszyłaby do przodu.
Gdybyś mógł użyć magicznej piłki zmieniającej masę, ten pomysł zadziałałby. Ale teoria względności jest nadal zgodna z trzecim prawem Newtona, więc pomysł nie działa w prawdziwym świecie. Burns ma rację, że w jego papierze jest błąd, ale jest to subtelny.
Jego konstrukcja jedynie przyspiesza ruch kołowy cząstek, więc zakłada, że ich prędkość do przodu i do tyłu wzdłuż osi rakiety powinna pozostać stała. Ale w teorii względności wraz ze wzrostem masy cząstek ich prędkość wzdłuż osi ulegałaby spowolnieniu. Wynika to z relatywistycznych efektów dylatacji czasu i skurczu długości. W rezultacie cząsteczki dają rakie równe uderzenie na obu końcach. Teorie Einsteina nie pozwalają omijać Newtona.
Szczerze mówiąc, Burns wiedział, że jego pomysł był dalekim krokiem i dlatego przedstawił go innym do oceny. Na tym właśnie polega nauka. Dlatego też warto się trochę ekscytować, gdy pojawiają się takie pomysły. Większość z nich zawiedzie, ale pewnego dnia można po prostu zadziałać. W końcu moglibyśmy dotrzeć do gwiazd, ale tylko wtedy, gdy będziemy chętni do testowania nowych pomysłów.
Źródło: Helical Engine autorstwa Davida Burnsa
