När en NASA ingenjör tillkännager en ny och revolutionerande motor som kan ta oss till stjärnorna, det är lätt att bli upphetsad. Men demonerna finns i detaljerna, och när du tittar på själva artikeln ser saker mycket mindre lovande ut.
Till att börja med är artikeln en översikt av en idé, inte peer-granskat arbete. Som författaren David Burns påpekar på sista sidan är det grundläggande konceptet inte beprövat, har inte granskats av experter och matematiska fel kan existera. Burns föreslagna "spiralformade motor" skulle också vara en reaktionslös enhet som liknar EM-Drive, och så skulle kränka Newtons tredje rörelselag. Det skulle vara lätt att bara avfärda arbetet och gå vidare, men jag skulle vilja titta på detaljerna för det är en intressant (men felaktig) idé.
Låt oss börja med reaktionslösa enheter i allmänhet. Både denna Helical Engine och EM-Drive innan den är "reaktionslös", eftersom de till skillnad från traditionella raketer och thrusterar inte driver bort drivmedel. I sitt hjärta är alla raketer baserade på Newtons tredje rörelselag, som säger att för varje kraft du tillämpar på din raket måste det finnas en lika motkraft som tillämpas på något annat. För en raket är det något slags bränsle. Kasta varm gas ut baksidan av din raket i hög hastighet, och genom Newtons tredje lag rör sig raketen framåt. Lätt som en plätt.
Problemet med detta är att för att få din raket att gå riktigt snabbt, måste du ta en massa bränsle med dig. Saturn V, till exempel, behövde bränna cirka 20 kilo bränsle för varje kilogram nyttolast bara för att nå månen.
Det blir värre ju längre du reser. Om du ville skicka en sond till de närmaste stjärnorna skulle du behöva cirka 2 000 kilo bränsle för varje kilo nyttolast, och din resa skulle fortfarande ta 100 000 år. Så det är säkert att säga att traditionella raketer inte kommer oss till stjärnorna.
En reaktionslös enhet är annorlunda. Det skulle ge drivkraften till din raket utan att kasta bränsle ut baksidan, så du behöver inte all den extra vikten. Allt du behöver är ström som du kan få från solpaneler eller en fusionsreaktor. Förhållandet bränsle till nyttolast skulle i princip vara 1 till 1. Den enda nackdelen är att reaktionslösa drivningar bryter mot Newtons tredje lag.
Nu kan du hävda att Einstein bevisade Newton fel, vilket är sant, men Einsteins relativitetsteori överensstämmer med Newtons tredje lag. Så gör kvantteori. Om reaktionslösa drivningar fungerar, är tre århundraden av fysik fel.
Fans av EM-Drive argumenterar exakt. EM-Drive fungerar, säger de, så Newtons tredje lag är fel. Period. Det som gör denna nya Helical Engine intressant är att den snarare än att helt enkelt bryta mot Newtons tredje lag försöker spela Newton mot sig själv med relativistisk massa.
Den grundläggande idén är att flytta en massa fram och tillbaka inom en raket, som att studsa en boll fram och tillbaka. Om du gjorde det med en normal massa, när bollen träffar framsidan av raketen, skulle raketen röra sig lite framåt, och när bollen träffar ryggen skulle raketen röra sig lite bakåt. Med andra ord, raketen skulle bara vingla framåt och bakåt när bollen studsar fram och tillbaka.
Burns föreslår att du gör detta med partiklar i en spiralformad partikelaccelerator. Så när partiklarna går upp och ner i spiralen, rör sig raketen av Newtons tredje lag. Men Burns föreslår också att accelerera partiklarna till nära ljushastighet när de är framtill på raketen och bromsa ner dem på baksidan. Relativiteten säger att partiklar som rör sig nära ljusets hastighet har större massa än långsammare partiklar, så de är tyngre framför raketen än på baksidan.
När man går tillbaka till bollanalogin, skulle det vara som om din boll magiskt får massa innan den träffar raketens framsida och förlorar massan innan den träffar bak. Enligt Newtons lagar innebär detta att bollen skulle ge raketen ett större tryck framåt än bakåt och raketen skulle accelerera framåt.
Om du kunde använda en magisk massbytande boll skulle denna idé fungera. Men relativitet följer fortfarande Newtons tredje lag, så idén fungerar inte i den verkliga världen. Burns har rätt att det finns ett fel i hans papper, men det är ett subtilt.
Hans design påskyndar endast partiklarnas cirkulära rörelse, så han antar att deras hastighet framåt och bakåt längs raketens axel borde förbli konstant. Men i relativitet, när massan på partiklarna ökar, skulle deras hastighet längs axeln avta. Detta beror på de relativistiska effekterna av tidsutvidgning och längdkontraktion. Som ett resultat ger partiklarna raketten ett lika tryck i båda ändarna. Einsteins teorier låter dig inte ta dig runt Newton.
I rättvisa visste Burns att hans idé var ett långt skott, varför han satte den ut där för andra att granska. Det är vad vetenskapen handlar om. Det är också därför det är värt att bli lite upphetsad när idéer som detta läggs fram. De flesta av dem kommer att misslyckas, men en dag kanske bara fungerar. Vi kan trots allt komma till stjärnorna, men bara om vi är villiga att fortsätta testa nya idéer.
Källa: Helical Engine av David Burns
