EmDrive

A NASA EmDrive-kísérlete
Stílus az anyag felett
Áltudomány
Ikon pseudoscience.svg
Népszerű áltudományok
Véletlenszerű példák
Vagy volt egy kis mérési hibánk, vagy az egész fizika hibás.
—Szombat reggel reggeli gabonafélék

A EmDrive egy reakció nélküli az űrhajó meghajtását javasolja Roger shawyer A legfontosabb dolog az, hogy ha működik, akkor több rendkívül jól megértett és kipróbált alapelv fizika menj ki teljesen az ablakon.

Bár a hatás nagysága olyan, amelyet könnyen mérhetőnek kell lennie, jóval nagyobb, mint a vízben mért gravitációs erők Cavendish-kísérlet több mint 200 évvel ezelőtt az eddig elvégzett különféle kísérletek komoly problémákat szenvedtek kísérleti tervezésük és méréstechnikájuk miatt. Eddig egyik sem tesztelt egy eszközt zárt rendszerként, annak ellenére, hogy jó néhány elérhető kísérleti teljesítményszint mellett elérhető volt. Ezenkívül a közzétett mérések súlyos sodródástól és egyéb olyan problémáktól szenvednek, amelyek a készülék problémáira utalnak, és a különböző orientációkban és teljesítményszinteken végzett mérések következetlen eredményeket hoznak.

A koncepció 2015-ben jelentős sajtóérdeklődésre tett szert, miután valaki a NASA Az Eagleworks laboratórium, amely szinte biztosan téves Hail-Mary ötletek kivizsgálására szakosodott, „mi lenne, ha” alapon, kipróbálta az ötletet, és a sajtó dióba esett azzal a gondolattal, hogy ez alkotja a NASA jóváhagyását.

Tartalom

A folyamatosan szűkülő hatások története

A feltaláló azt állítja, hogy az eszköz (motor) úgy működik, hogy egy rezonáns üreget telít mikrohullámú sütő sugárzás ; a sugárzás nyomást gyakorol az üreg falaira. Ez szorosan analóg az a autó haladjon előre, ülve benne és tolva a kormányt, vagy ventilátor segítségével fújjon vitorlát; a lendület csak nem így működik. Ha azonban nem igazán értesz a fizikához, ez potenciálisan így vanhatalmasatizgalmas!

Shawyer azt állítja, hogy a „relativisztikus hatások” miatt az üreg (csonka kúp alakú) nagyobb erőt fog tapasztalni a nagy véggel szemben, mint a kis vég, a hullámok csoportsebességének köszönhetően, mivel az üreg helyi átmérője változik . Vagyis: köszönet különleges relativitáselmélet , a klasszikus elektromágnesesség sértheti a lendület megőrzését. Ez teljes szemét, de ennek megértéséhez ismernie kell a fizikát.

2001-ben Shawyer 45 000 font támogatást kapott a angol kormány az ötlet tanulmányozására. Azt állította, hogy 850 wattos teljesítmény mellett 0,016 newtonos erőt kapott. (Egy fillér gravitációs erejéről. Ez egy kísérleti hiba határain belül volt.)



Új Tudósmeglehetősen kedvező cikket írt róla 2006-ban, bár a panaszok után később megjegyzést tettek aÚj Tudósblogot, hogy alaposabban kellett volna foglalkozniuk a hajtás kritikájával.

kínai a Yang Juan vezette Északnyugati Műszaki Egyetem kutatói azt állították, hogy 2008-ban függetlenül igazolták az EmDrive mögött álló elméletet, és 2010-ben megépítettek egy kilowatt-képes készüléket, amely 750 mN mért nyomóerőt produkált 2500 W bemeneti teljesítmény mellett.

A NASA néhány kutatója 2014-ben kezdte el tanulmányozni az ötletet. Elérték az erő 1000% -át, amelyet Shawyer állítólag kísérletekben látott - átlagosan 91,2 µN 17 W-os bemeneti teljesítmény mellett, öt futás közben, nettó csúcs-tolóerővel 116 uN. Ezek a mérések jóval meghaladták a tolóerő felismerésére használt torziós inga hibatartományát, és így legalábbis valószínűleg jelentősek, bár sok más erő is okozhatja a hatást.

Az a szerencsétlen hatás, hogy a NASA-ból bárki is nézte, az volt, hogy a sajtó és a nehéz gondolkodásúak ezt NASA-nak vettékjóváhagyás. Ezen nem segített a teljesen nem hivatalos „NASA Spaceflight” híroldal, amely előrevitte a történetet, megjegyezve, hogy „Egy rajongói közösség, mérnökök és számos kontinens tudósai összefogtak a NASASpaceflight.com EM Drive fórumon, hogy alaposan megvizsgálják a kísérleteket és megvitassák az EM Drive működésének elméleteit, anélkül, hogy megjegyeznék, hogy minden szkeptikus vitát elzártak az említett fórumtól, hátha ez elriasztja a kísérletezőket. vagy Shawyer (egyikük sem volt eleve jelen).

2016 novemberében az Eagleworks csapata teszt sorozatot kötött és írt egy cikket, amelyet elfogadtak a szakértői értékelésben való közzétételreJournal of Propulzió és erő. A lényeg a következő volt:

Az előre, hátra és a nullából származó tolóerő adatai arra engedtek következtetni, hogy a rendszer folyamatosan 1,2 ± 0,1 mN / kW sebességgel teljesített, ami nagyon közel állt a levegőben mért átlagos impulzív teljesítményhez. Számos hibaforrást vettek figyelembe és vitattak meg.

Hogyan kellene működnie

Az EmDrive a feltételezett reakció nélküli hajtások egyik kis családjává vált, és úgy tűnik, hogy minden kutatónak megvan a saját háziállat-elmélete. Shawyer elmélete a speciális relativitáselméleten alapul, legalábbis ahogy Shawyer megérti: azt állítja, hogy az üreg belsejében lévő sugárzásnak kisebb lendülete van az üreg keskeny végén a csoportsebesség csökkenése miatt, és hogy az ebből fakadó erő nagy vége magasabb. A rezonáns üreg lejtős oldalán kifejtett erőket elvetjük, mint „elhanyagolhatókat”, amikor a természetvédelmi törvények egyszerű alkalmazásával pontosan megegyeznének az üreg mentén haladó elektromágneses hullám lendületének bármely változásával e felületek geometriája miatt. Shawyer elmélete zavaros és következetlen, az egyenértékűség elvének félreértésével és az abszolút univerzális pihenőkeret látszólagos feltételezésével (ő és Dr. Harold White azt állítják, hogy a készülék gyorsulás közben elveszíti a hatékonyságát, Shawyer pedig azt állítja, hogy a meghajtót a legjobban lehet lebegni. gyorsulás helyett, annak ellenére, hogy nincs különbség a lebegés és a 9,8 m / s sebességgel történő gyorsulás között, és sok más probléma. Mulatságosan úgy tűnik, hogy nemcsak azt hiszi, hogy van egy abszolút pihenési keret, hanem nyilvánvalóan ezt is hiszi A Föld felszíne nyugalomban van ahhoz képest .

A kínai kutatók szerint ez valahogyan az elektromágnesességen és Maxwell-törvényen alapszik, és Dr. White csoportja úgy véli, hogy a mikrohullámok a rezonáns üregben lévő „kvantumvákuum-virtuális részecskék” ellen löknek. Dr. Fernando Minotti, a CONICET kutatója egy 2013-as, „Skalár-tenzor elméletek és aszimmetrikus rezonáns üregek” című cikkében megjegyezte, hogy az Emdrive állítólagos lökését bizonyos skaláris tenzor gravitációs elméletek magyarázhatják. Ezenkívül Dr. Michael McCulloch egy cikkben: „Meg lehet-e magyarázni az Emdrive-ot kvantált tehetetlenséggel?” megjegyezte, hogy az EmDrive által előállított tolóerő az Unruh sugárzással magyarázható, amely a fotonok az üreg széles végén nagyobb tehetetlenségi tömeg van, mint a keskeny végén lévő fotonoknál, ami az üreg tolóerőt mutat a keskeny vég felé.

Több neves fizikus azt mondta, hogy a koncepció lehetetlen. Ph.D. fizikus, John Costella kapcsolódó írásában elmagyarázta, miért.

A természetvédelmi törvények megsértése

Shawyer azt állítja, hogy az EmDrive nem reakció nélküli és nem sért semmilyen fizikai törvényt. Sajnos ez ellentmond nekiEgyébazt állítja, hogy a tolóerőt zárt rendszerként állítja elő.

A „reakcióhajtások”, mint például a rakéták, a lendület megőrzésére támaszkodnak: a hajtóanyag valamilyen formája egy irányban kilökődik, és a vízi jármű ugyanolyan lendületet kap az ellentétes irányban. A reakcióhajtás által kilökődött hajtóanyagnak nem kell anyagi anyagnak lennie: a fotonok energiájukkal arányos lendületet hordoznak, és ezért az a hajtás, amely egyszerűen irányítva bocsát ki fotonokat, tolóerőt eredményez (bár nagyon kis mértékű tolóerő egy adott teljesítménybemenetnél). Ezek nem zárt rendszerek, a reakcióhajtások mind arra támaszkodnak, hogy valami elhagyja a rendszert, hogy tovább vigye a lendületet.

Az EmDrive ezzel szemben állítólag sokkal nagyobb tolóerőt produkál, mint egy ugyanolyan teljesítményű foton-tolóerő, és ezt zárt rendszerként sugárzás nélkül teszi. Nem hajt ki egyetlen hajtóanyagot sem, így nincs módja egyensúlyba hozni az elért lendületet, így „reakció nélküli” hajtássá válik. Ha a lendület megőrzését követné, akkor nem gyorsulna fel.

Energiamegmaradás az árak valamivel jobbak. Az EmDrive kifejezetten reverzibilis elektromos gépként van megadva: a teljesítménybemenet az egyik irányú gyorsulást, a másikban a gyorsulás a kimenő teljesítményt váltja ki. Minden tárgy pihen föld Felülete 9,8 m / s gyorsulást tapasztal energiaköltség nélkül, így Shawyer állításai arra a következtetésre vezetnek, hogy az éppen a földön ülő EmDrive egy ingyenes energiaeszköz, amely végtelen teljesítményt produkál a gravitációs gyorsulásból.

Ezenkívül az energia közvetlen tolóerővé történő átalakítása szükségszerűen sérti az energia megőrzését, hacsak az energia / tolóerő arány nem jobb, mint a fotonrakétaé (és a fotonrakétáknak borzalmasan szörnyű hatékonysága van).

E_k =  frac {m_0 c ^ 2} { sqrt {1-  frac {v ^ 2} {c ^ 2}}} - m_0 c ^ 2

Tegyük fel, hogy elindítanak egy EmDrive meghajtású űrhajót, amely 9,8 m / s, vagyis 1 G gyorsulást tart fenn. Tömege egymillió kilogramm, ami az űrsikló indító tömegének körülbelül a fele, mielőtt visszavonult volna. A NASA kísérletével mért tolóerő nem volt nagyobb 116 µN-nál, 17 W teljesítményfelvétellel, 0,147 W / µN energiafogyasztással. A hajóhoz 9,8 meganewtonra lesz szükség, hogy 9,8 m / s sebességgel gyorsuljon fel, ehhez pedig óriási 1,4 billió wattra lesz szükség, ami a Föld teljes energiafogyasztásának több mint a fele. Annak érdekében, hogy összhangban maradjon a speciális relativitáselmélettel, a hajó sebességét mindig a Földhöz viszonyítva mérik.

200 km / s sebességgel a hajó mozgási energiája 20 kvadrillió joule. Ha 1 másodpercre gyorsul, kinetikus energiája 20,002 PJ-ra nő, 1,96 billió joule-val növekszik. Azonban csak 1,4 billió joule költött, vagyis a gyorsulás egy másodpercével a semmiből 560 milliárd joule keletkezett.

Az EmDrive támogatói szerint az EmDrive hatékonysága a sebességgel csökken. Ez még nagyobb problémákat vet fel, például azt, hogy a hajó gyorsulása hogyan változik a megfigyelő sebességétől függően relatív a hajóra. Ha a hajó a Föld közelében haladna 200 km / s sebességgel, a Föld megfigyelőinek megfigyelniük kellene, hogy a hajó ~ 7 m / s sebességgel gyorsul, hogy ne sérüljön az energia megtakarítása, de a hajó utasai ragaszkodnak ahhoz, hogy gyorsulás 9,8 m / s sebességgel; mivel a fénysebesség 10% -ánál kisebb időbeli kitágulás nem következik be, kizárható az eltérés megoldásaként. Bármely univerzális referenciakeret létezése azt sugallja, hogy a speciális relativitáselméletnek kell lennie kidobta az ablakon . Figyelembe véve, hogy sokkal több bizonyíték van arra, hogy a speciális relativitás igaz, mint annak bizonyítéka, hogy az EmDrive működik, nyilvánvalónak kell lennie miért hagyja az EmDrive-t még mindig nagyrészt figyelmen kívül a tudományos közösség.

Harold White tanulmánya megpróbálta bebizonyítani, hogy az ionmeghajtók is sértik az energia megőrzését. A megadott példában egy 9 460 kg-os űrhajó 540 kg hajtóanyagot használ, hogy sebességét 1 km / s-kal növelje, 174 gigajoule energiát fogyasztva. A kozmikus mikrohullámú háttérhez viszonyítva a vízi jármű kezdetben 371 km / s sebességgel haladt, és 372 km / s sebességre gyorsult, ami ahhoz vezetett, hogy a vízi jármű mozgási energiája 33 649 GJ-vel megváltozott. A cikk legnagyobb hibája a jel kizárása; a teljes energiaváltozás valóban -33 649 GJ. Az energia nem „pusztul el”; ha figyelembe vesszük a hajtóanyag mozgási energiáját, nincs energiaveszteség. Zavaróbb az a tény, hogy White összehasonlítja a kézműves mozgási energiájátésa hajtóanyagot, mielőtt felgyorsulna csak a vízi jármű mozgási energiájára, miután felgyorsult. Ésszerűbb külön összehasonlítani a hajtóanyag és a jármű mozgási energiaváltozását; amikor a jármű és a hajtóanyag teljes mozgási energiaváltozása összeadódik, az eredmény - várjon rá - 174 gigajoule! Mint kiderült, a lendület megőrzése az energia megőrzését eredményezi.

Hasonló eszközök

A NASA Eagleworks csapata egy hasonló, w nevű készüléket vizsgált meg, amely szintén bizonyítottan tolóerőt produkál - működési elve ismét hasonló az EmDrive-hoz, Shawyer szerint azonban valamivel kevésbé hatékony. A Cannae Drive feltalálója, Guido G. Fetta azt feltételezte, hogy a hajtás részben a rezonáns üreg belsejének alsó pereme mentén vésett radiális réseken keresztül tolóerőt produkált. A NASA csapata azonban hamisnak bizonyította ezt az elképzelést egy „null” meghajtó tesztelésével, amelynek alján nem volt rés. Mindkét meghajtó körülbelül azonos mértékű tolóerőt produkált, jelezve, hogy a rés nem befolyásolja a tolóerőt. Egy harmadik vezérlőeszközt is RF terheléssel teszteltek, de rezonáns üreg használata nélkül, ami nem eredményezte a várt módon tolóerőt.

A NASA azt tervezi, hogy magasabb teljesítményszintre frissíti berendezéseit, vákuumra képes RF erősítőket használ, legfeljebb 125 W teljesítménytartományokkal, és új, kúpos üreget tervez, amely analitikai szempontból várhatóan 0,1 N / kW tartományban tolja el. Ezután a tesztcikket más laboratóriumokba szállítják független ellenőrzés és a technológia folyamatos értékelése céljából, a Glenn Kutatóközpontban, a Sugárhajtómű Laboratóriumban és a Johns Hopkins Egyetem Alkalmazott Fizikai Laboratóriumában.

Lerombolt

Végül a kutatók tesztelték a mágneses kölcsönhatásokat, és megállapították az alapul szolgáló szisztémás hibát, amely az észlelt tolóerőhöz vezetett. A kábelhurkok megfelelő árnyékolásakor a hatás megszűnt, ami azt mutatja, hogy ez a meghajtó valóban lehetetlen.