EmDrive

Eksperyment NASA EmDrive
Styl ponad treścią
Pseudonauka
Icon pseudoscience.svg
Popularny pseudonauki
Losowe przykłady
Albo mieliśmy niewielki błąd pomiarowy, albo cała fizyka jest błędna.
- Płatki śniadaniowe w sobotę rano

Plik EmDrive jest bez reakcji napęd statku kosmicznego zaproponowany przez Roger Shawyer w 1999 roku. Kluczową sprawą jest to, że jeśli to zadziała, to kilka bardzo dobrze zrozumianych i sprawdzonych zasad fizyka wyjdź całkowicie przez okno.


Chociaż wielkość tego efektu powinna być łatwo mierzalna, ponieważ jest znacznie większa niż siły grawitacyjne mierzone w Eksperyment Cavendisha ponad 200 lat temu różne eksperymenty przeprowadzone do tej pory borykały się z poważnymi problemami z ich projektowaniem eksperymentalnym i technikami pomiarowymi. Jak dotąd żaden z nich nie przetestował nawet urządzenia jako systemu zamkniętego, mimo że znajdował się w zasięgu przy poziomach mocy stosowanych w niektórych eksperymentach. Ponadto publikowane pomiary obarczone są poważnymi odchyleniami i innymi problemami, które wskazują na problemy z aparatem, a pomiary przy różnych orientacjach i poziomach mocy dają niespójne wyniki.

Koncepcja zyskała duże zainteresowanie prasy w 2015 roku, po tym, jak ktoś o godz NASA Laboratorium Eagleworks, które specjalizuje się w badaniu prawie na pewno błędnych idei Zdrowaś Maryjo na zasadzie „co by było, gdyby”, wypróbowało ten pomysł, a prasa oszalała z myślą, że to właśnie NASA poparła go.

Zawartość

Historia stale kurczących się efektów

Wynalazca twierdzi, że urządzenie (silnik) działa poprzez nasycenie wnęki rezonansowej kuchenka mikrofalowa promieniowanie ; promieniowanie wywiera nacisk na ściany wnęki. Jest to ściśle analogiczne do tworzenia pliku samochód poruszaj się do przodu, siedząc w nim i pchając kierownicę lub używając wentylatora do dmuchnięcia w żagiel; pęd po prostu nie działa w ten sposób. Jeśli jednak tak naprawdę nie rozumiesz fizyki, jest to potencjalnieogromnieekscytujący!

Shawyer twierdzi, że z powodu `` efektów relatywistycznych '' wnęka (w kształcie ściętego stożka) będzie doświadczać większej siły działającej na duży koniec niż mały, ze względu na zmianę prędkości grupowej fal wraz ze zmianą lokalnej średnicy wnęki . To znaczy: dzięki szczególna teoria względności klasyczny elektromagnetyzm może naruszyć zasadę zachowania pędu. To kompletna bzdura, ale żeby to zrozumieć, trzeba znać fizykę.


W 2001 roku Shawyer otrzymał grant w wysokości 45 000 funtów od brytyjski rząd przestudiował ten pomysł. Twierdził, że przy mocy 850 watów uzyskał siłę 0,016 niutona. (O sile grawitacji grosza. Było to w granicach błędu eksperymentalnego).



New Scientistnapisał na ten temat dość pochlebny artykuł w 2006 roku, choć po skargach odnotował późniejNew Scientistblog, że powinni dokładniej opisać krytykę dysku.


chiński Naukowcy z Northwestern Polytechnical University pod kierownictwem Yang Juana twierdzili, że w 2008 roku niezależnie zweryfikowali teorię stojącą za EmDrive i skonstruowali w 2010 roku urządzenie o mocy kilowatowej, które wytwarzało 750 mN zmierzonego ciągu przy 2500 W mocy wejściowej.

Kilku badaczy z NASA zaczęło badać ten pomysł w 2014 roku. Osiągnęli 1/1000 siły, którą Shawyer twierdził, że widział w swoich eksperymentach - średnia moc wyjściowa 91,2 µN przy mocy wejściowej 17 W w ciągu pięciu przebiegów, przy szczytowym ciągu netto wynoszącym 116 µN. Pomiary te znacznie wykraczały poza zakres błędu wahadła skrętnego używanego do wykrywania ciągu, a zatem są co najmniej prawdopodobnie znaczące, chociaż istnieje wiele innych sił, które mogły potencjalnie spowodować ten efekt.


Niefortunnym skutkiem tego, że ktokolwiek z NASA w ogóle się temu przyjrzał, był fakt, że prasa i ci, którzy nie myśleli, przyjęli to jako NASApoparcie. Nie pomogła w tym całkowicie nieoficjalna witryna informacyjna „NASA Spaceflight”, która przedstawiła tę historię i odnotowała, że ​​„społeczność entuzjastów, inżynierowie , a naukowcy z kilku kontynentów połączyli siły na forum EM Drive NASASpaceflight.com, aby dokładnie zbadać eksperymenty i przedyskutować teorie działania EM Drive ”, nie zauważając, że zablokowali wszelkie sceptyczne dyskusje na wspomnianym forum, na wypadek gdyby odstraszyło to eksperymentatorów lub Shawyer (z których żaden nie był obecny na pierwszym miejscu).

W listopadzie 2016 roku zespół Eagleworks zakończył serię testów i napisał artykuł, który został przyjęty do publikacji w recenzowanym czasopiśmieDziennik napędu i mocy. Wynik końcowy został zgłoszony jako:

Dane dotyczące ciągu z jazdy do przodu, do tyłu i wartości zerowej sugerowały, że system konsekwentnie działał przy 1,2 ± 0,1 mN / kW, co było bardzo zbliżone do średniej mocy impulsowej mierzonej w powietrzu. Rozważono i omówiono szereg źródeł błędów.

Jak to ma działać

EmDrive stał się jednym z niewielkiej rodziny rzekomo bezreakcyjnych napędów, a każdy badacz wydaje się mieć własną teorię zwierzaka. `` Teoria '' Shawyera opiera się na szczególnej teorii względności, przynajmniej w jej rozumieniu: twierdzi on, że promieniowanie wewnątrz wnęki ma mniejszy pęd na wąskim końcu wnęki z powodu zmniejszenia prędkości grupowej i że wynikająca z tego siła działająca na duży koniec jest wyższy. Siły wywierane na nachylone boki wnęki rezonansowej są odrzucane jako „pomijalne”, gdy proste zastosowanie praw zachowania pozwoliłoby im dokładnie równać się każdej zmianie pędu fali elektromagnetycznej przemieszczającej się wzdłuż wnęki ze względu na geometrię tych powierzchni. Teoria Shawyera jest niejasna i niespójna, z nieporozumieniami co do zasady równoważności i pozornym założeniem absolutnej uniwersalnej ramy spoczynkowej (on i dr Harold White twierdzą, że urządzenie traci wydajność, gdy przyspiesza, a Shawyer twierdzi, że najlepiej jest używać napędu do zawisu zamiast przyspieszać, mimo że nie ma różnicy między zawisem a przyspieszaniem z prędkością 9,8 m / s) i wiele innych problemów. Co zabawne, on nie tylko wydaje się wierzyć, że istnieje absolutna rama odpoczynku, ale najwyraźniej w to wierzy Powierzchnia Ziemi jest w stosunku do niej w spoczynku .

Chińscy naukowcy sugerują, że jest to w jakiś sposób oparte na elektromagnetyzmie i prawie Maxwella, a grupa dr White'a uważa, że ​​mikrofale naciskają na „wirtualną cząstkę kwantowej próżni” we wnęce rezonansowej. Dr Fernando Minotti, badacz z CONICET, w artykule z 2013 r. Zatytułowanym „Teorie tensorów skalarnych i asymetryczne wnęki rezonansowe” zauważył, że rzekomy napór wytwarzany przez Emdrive można wyjaśnić pewnymi teoriami tensora skalarnego grawitacji. Dr Michael McCulloch w artykule zatytułowanym „Can the Emdrive Be Explained by Quantised Inertia?” zauważył, że ciąg wytwarzany przez EmDrive można wyjaśnić promieniowaniem Unruha, które powoduje fotony w szerokim końcu wnęki, aby mieć większą masę bezwładną niż fotony w wąskim końcu, co powoduje, że wnęka wykazuje napór w kierunku wąskiego końca.


Kilku wybitnych fizyków stwierdziło, że koncepcja jest niemożliwa. Doktorat fizyk John Costella w swoim pokrewnym artykule wyjaśnił dlaczego.

Naruszenie praw ochronnych

Shawyer twierdzi, że EmDrive nie jest bezczynny i nie narusza żadnych praw fizyki. Niestety jest to sprzeczne z jegoinnytwierdzi, że wytwarza ciąg jako system zamknięty.

„Napędy reakcji”, takie jak rakiety, polegają na zachowaniu pędu: pewna forma paliwa jest wyrzucana w jednym kierunku, a statek nabiera takiego samego pędu w przeciwnym kierunku. Pędny wyrzucany przez napęd reakcyjny nie musi być substancją materialną: fotony przenoszą pęd proporcjonalny do ich energii, więc napęd, który po prostu emituje fotony kierunkowo, wytworzy ciąg (aczkolwiek bardzo małe ilości ciągu dla danej mocy wejściowej). To nie są systemy zamknięte, wszystkie popędy reakcji polegają na tym, że coś opuszcza system i przenosi pęd.

Z drugiej strony, twierdzi się, że EmDrive wytwarza znacznie większe ilości ciągu niż pędnik fotonowy o tej samej mocy i robi to jako system zamknięty bez emitowanego promieniowania. Nie wyrzuca żadnych gazów pędnych, więc nie ma sposobu na zrównoważenie uzyskiwanego pędu, co czyni go napędem „bezreakcyjnym”. Gdyby podążał za zachowaniem pędu, nie przyspieszyłby.

Zachowanie energii wypada trochę lepiej. EmDrive jest konkretnie odwracalną maszyną elektryczną: pobór mocy powoduje przyspieszenie w jednym kierunku, przyspieszenie w drugim powoduje, że moc wyjściowa. Każdy przedmiot spoczywa na Ziemia Powierzchnia doświadcza przyspieszenia 9,8 m / s bez kosztów energii, więc twierdzenia Shawyera prowadzą do wniosku, że EmDrive, który po prostu siedzi na ziemi, jest urządzeniem darmowej energii, wytwarzającym nieskończoną moc wyjściową z przyspieszenia grawitacyjnego.

Ponadto bezpośrednia konwersja energii na siłę z konieczności narusza zasadę zachowania energii, chyba że stosunek energii do ciągu nie jest lepszy niż w przypadku rakiety fotonowej (a tak przy okazji, rakiety fotonowe mają przerażająco straszną wydajność).

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

Załóżmy, że wystrzelony zostaje statek kosmiczny napędzany EmDrive, który utrzymuje przyspieszenie 9,8 m / s, czyli 1 G. Ma masę miliona kilogramów, czyli mniej więcej połowę masy startowej wahadłowca przed wycofaniem się na emeryturę. Ciąg zmierzony w eksperymencie NASA nie był większy niż 116 µN przy poborze mocy 17 W, co daje zużycie energii 0,147 W / µN. Statek będzie potrzebował 9,8 meganewtonów, aby przyspieszyć z prędkością 9,8 m / s, co będzie wymagało aż 1,4 biliona watów, co stanowi ponad połowę całkowitego zużycia energii na Ziemi. Aby zachować spójność ze szczególną teorią względności, prędkość statku jest zawsze mierzona względem Ziemi.

Przy prędkości 200 km / s statek ma energię kinetyczną 20 biliardów dżuli. Jeśli przyspieszy przez 1 sekundę, jego energia kinetyczna wzrośnie do 20,002 PJ, zwiększając się o 1,96 biliona dżuli. Jednak wydano tylko 1,4 biliona dżuli, co oznacza, że ​​jedna sekunda przyspieszenia wytworzyła 560 miliardów dżuli z niczego.

Zwolennicy EmDrive zasugerowali, że wydajność EmDrive zmniejsza się z prędkością. To rodzi jeszcze większe problemy, na przykład jak przyśpieszenie statku będzie się zmieniać w zależności od prędkości obserwatora krewny na statek. Gdyby statek podróżował blisko Ziemi z prędkością 200 km / s, obserwatorzy na Ziemi musieliby obserwować statek przyspieszający o ~ 7 m / s, aby nie doszło do naruszenia zasady oszczędzania energii, ale pasażerowie statku twierdziliby, że tak przyspieszenie o 9,8 m / s; ponieważ przy prędkości mniejszej niż 10% prędkości światła nie występuje żadne znaczące wydłużenie czasu, można to wykluczyć jako rozwiązanie tej rozbieżności. Sugerowanie, że istnieje jakikolwiek uniwersalny układ odniesienia, jest sugestią, że powinna istnieć szczególna teoria względności wyrzucony przez okno . Biorąc pod uwagę, że istnieje znacznie więcej dowodów na to, że szczególna teoria względności jest prawdziwa, niż dowodów na to, że EmDrive działa, powinno być oczywiste dlaczego EmDrive jest nadal w dużej mierze ignorowany przez społeczność naukową.

W artykule Harolda White próbowano udowodnić, że napędy jonowe również naruszają zasadę zachowania energii. W podanym przykładzie sonda o masie 9460 kg zużywa 540 kg paliwa, aby zwiększyć swoją prędkość o 1 km / s, zużywając 174 gigadżule energii. W stosunku do kosmicznego mikrofalowego tła, statek początkowo poruszał się z prędkością 371 km / s, a następnie przyspieszał do 372 km / s, co doprowadziło do zmiany energii kinetycznej statku o 33.649 GJ. Największym błędem w pracy jest wykluczenie znaku; całkowita zmiana energii wynosi naprawdę -33 649 GJ. Energia nie jest „niszczona”; jeśli weźmie się pod uwagę energię kinetyczną paliwa, nie ma utraty energii. Bardziej zagmatwany jest fakt, że White porównuje energię kinetyczną statkuipaliwo przed przyspieszeniem do energii kinetycznej statku po jego przyspieszeniu. Bardziej sensowne jest oddzielne porównanie zmiany energii kinetycznej paliwa i statku; kiedy suma się wszystkich zmian energii kinetycznej statku i paliwa, otrzymujemy - poczekaj na to - 174 gigadżule! Jak się okazuje, zachowanie pędu skutkuje zachowaniem energii.

Podobne urządzenia

Zespół Eagleworks z NASA zbadał podobne urządzenie zwane w, które również wykazało siłę ciągu - znowu jego zasada działania jest podobna do EmDrive, ale według Shawyera jest nieco mniej wydajna. Wynalazca Cannae Drive, Guido G. Fetta, postulował, że napęd wytwarza siłę ciągu częściowo poprzez radialne szczeliny wyryte wzdłuż dolnej krawędzi wnętrza wnęki rezonansowej. Jednak zespół NASA udowodnił, że ten pomysł jest fałszywy, testując dysk „zerowy”, który nie miał gniazd na dole. Oba napędy wytwarzały mniej więcej taką samą wartość ciągu, co wskazuje, że rowkowanie nie wpłynęło na siłę ciągu. Trzecie urządzenie sterujące zostało również przetestowane z obciążeniem RF, ale bez użycia wnęki rezonansowej, co spowodowało brak ciągu zgodnie z oczekiwaniami.

NASA planuje zmodernizować swój sprzęt do wyższych poziomów mocy, użyć wzmacniaczy RF obsługujących próżnię o zakresach mocy do 125 W i zaprojektować nową stożkową wnękę, której analitycznie oczekuje się, że będzie wytwarzać ciąg w zakresie 0,1 N / kW. Następnie testowany artykuł zostanie wysłany do innych laboratoriów w celu niezależnej weryfikacji i dalszych ocen technologii, w Glenn Research Center, Jet Propulsion Laboratory i Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory.

Obalony

Wreszcie badacze przetestowali oddziaływania magnetyczne i odkryli podstawowy błąd systemowy prowadzący do postrzeganego ciągu. Gdy pętle kablowe były odpowiednio ekranowane, efekt zniknął, pokazując, że ten napęd jest naprawdę niemożliwy.