Jurutera NASA Mempunyai Idea Hebat untuk Pemanduan Angkasa Berkelajuan Tinggi. Sayang sekali ia Melanggar Undang-undang Fizik
Apabila jurutera NASA mengumumkan enjin baharu dan revolusioner yang boleh membawa kita ke bintang, mudah untuk teruja. Tetapi syaitan adalah dalam butiran, dan apabila anda melihat artikel sebenar perkara kelihatan jauh kurang menjanjikan.
Sebagai permulaan, artikel itu adalah garis besar idea, bukan kerja yang disemak rakan sebaya. Seperti yang dinyatakan oleh pengarang David Burns pada halaman terakhir, konsep asas tidak terbukti, belum disemak oleh pakar, dan ralat matematik mungkin wujud. 'enjin heliks' yang dicadangkan oleh Burns juga akan menjadi pemacu tanpa reaksi yang serupa dengan EM-Drive , dan seterusnya akan melanggar undang-undang gerakan ketiga Newton. Adalah mudah untuk mengetepikan kerja dan teruskan, tetapi saya ingin melihat butirannya kerana ia idea yang menarik (walaupun cacat).
Seni bina enjin heliks. Kredit: David Burns
Mari kita mulakan dengan pemacu tanpa reaksi secara umum. Kedua-dua Enjin Heliks dan EM-Drive sebelum ini adalah 'tanpa tindak balas,' kerana tidak seperti roket dan pendorong tradisional mereka tidak mengeluarkan bahan dorong. Di hati mereka, semua roket berasaskan Hukum gerakan ketiga Newton , yang mengatakan untuk sebarang daya yang anda gunakan pada roket anda mesti ada daya balas yang sama digunakan untuk sesuatu yang lain. Untuk roket, itu adalah sejenis bahan api. Buang gas panas keluar hujung belakang roket anda pada kelajuan tinggi, dan mengikut Undang-undang Ketiga Newton roket bergerak ke hadapan. Senang kacang.
Gambar dekat enjin roket ULA Delta IV Heavy semasa ia dilancarkan dari Stesen Tentera Udara Cape Canaveral. Kredit: Glenn Davis
Masalahnya ialah untuk mendapatkan roket anda dengan sangat pantas, anda perlu membawa banyak bahan api bersama anda. Saturn V, sebagai contoh, perlu membakar kira-kira 20 kilogram bahan api untuk setiap 1 kilogram muatan hanya untuk sampai ke Bulan.
Keadaan menjadi lebih teruk semakin jauh perjalanan anda. Jika anda ingin menghantar siasatan kepada bintang terdekat, anda memerlukan kira-kira 2,000 kilogram bahan api untuk setiap kilogram muatan, dan perjalanan anda masih akan mengambil masa 100,000 tahun. Jadi selamat untuk mengatakan bahawa roket tradisional tidak akan membawa kita ke bintang.
Cahaya biru yang menenangkan daripada pemacu ion. Kredit Gambar: NASA
Pemacu tanpa reaksi adalah berbeza. Ia akan memberikan tujahan kepada roket anda tanpa membuang bahan api ke bahagian belakang, jadi anda tidak memerlukan semua berat tambahan itu. Apa yang anda perlukan hanyalah kuasa, yang boleh anda perolehi daripada panel solar atau reaktor gabungan. Nisbah bahan api kepada muatan pada asasnya adalah 1 berbanding 1. Satu-satunya kelemahan ialah pemacu tanpa tindak balas melanggar undang-undang ketiga Newton.
Sekarang, anda mungkin berpendapat bahawa Einstein membuktikan Newton salah, yang benar, tetapi teori relativiti Einstein bersetuju dengan undang-undang ketiga Newton. Begitu juga teori kuantum. Jika pemacu tanpa reaksi berfungsi, maka tiga abad fizik adalah salah.
Peminat EM-Drive berpendapat demikian. EM-Drive berfungsi, kata mereka, jadi Undang-undang Ketiga Newton adalah salah. Tempoh. Apa yang menjadikan Enjin Heliks baharu ini menarik ialah daripada hanya melanggar undang-undang ketiga Newton, ia cuba mempermainkan Newton terhadap dirinya sendiri menggunakan jisim relativistik.
Jisim melantun jisim malar dalam roket akan menyebabkan roket bergoyang.
Kredit: David Burns
Idea asas adalah untuk menggerakkan jisim ke sana ke mari dalam roket, seperti melantun bola ke depan dan ke belakang. Jika anda melakukan itu dengan jisim biasa, apabila bola terkena bahagian depan roket, roket akan bergerak ke hadapan sedikit, dan apabila bola mengenai belakang roket akan bergerak ke belakang sedikit. Dalam erti kata lain, roket hanya akan bergoyang ke hadapan dan ke belakang apabila bola melantun ke depan dan ke belakang.
Large Hadron Collider, contoh pemecut zarah. Kredit: CERN.
Burns mencadangkan melakukan ini dengan zarah dalam pemecut zarah heliks. Jadi apabila zarah naik dan turun heliks, roket bergerak mengikut Hukum Ketiga Newton. Tetapi Burns juga mencadangkan untuk mempercepatkan zarah kepada kelajuan yang hampir ringan kerana ia berada di hadapan roket dan memperlahankannya di belakang. Relativiti mengatakan bahawa zarah yang bergerak berhampiran kelajuan cahaya mempunyai jisim yang lebih besar daripada zarah yang lebih perlahan, jadi ia lebih berat di hadapan roket daripada di belakang.
Berbalik kepada analogi bola, ini seolah-olah bola anda secara ajaib mendapat jisim sebelum mencecah bahagian hadapan roket, dan kehilangan jisim sebelum mencecah bahagian belakang. Mengikut undang-undang Newton, ini bermakna bola akan memberikan roket tolakan yang lebih besar ke hadapan daripada ke belakang, dan roket akan memecut ke hadapan.
Jisim melantun perubahan jisim dalam roket akan menggerakkan roket ke hadapan.
Kredit: David Burns
Jika anda boleh menggunakan bola pengubah jisim ajaib, idea ini akan berkesan. Tetapi relativiti masih mematuhi undang-undang ketiga Newton, jadi idea itu tidak berfungsi di dunia nyata. Burns betul bahawa terdapat ralat dalam kertas kerjanya, tetapi ia adalah ralat yang halus.
Reka bentuknya hanya mempercepatkan gerakan bulat zarah, jadi dia menganggap kelajuannya ke hadapan dan ke belakang di sepanjang paksi roket harus kekal malar. Tetapi dalam kerelatifan, apabila jisim zarah bertambah, kelajuannya di sepanjang paksi akan menjadi perlahan. Ini disebabkan oleh kesan relativistik pelebaran masa dan penguncupan panjang. Akibatnya, zarah memberikan tolakan yang sama kepada roket pada kedua-dua hujungnya. Teori Einstein tidak membenarkan anda mengelilingi Newton.
Sejujurnya, Burns tahu ideanya adalah idea yang panjang, itulah sebabnya dia meletakkannya di sana untuk disemak oleh orang lain. Itulah yang dimaksudkan dengan sains. Itulah juga sebabnya ia patut menjadi sedikit teruja apabila idea seperti ini dikemukakan. Kebanyakan mereka akan gagal, tetapi suatu hari nanti seseorang mungkin akan berjaya. Kami boleh mencapai bintang selepas semua, tetapi hanya jika kami bersedia untuk terus menguji idea baharu.
Sumber: Enjin Heliks oleh David Burns