EmDrive

NASA EmDrive-eksperimentet
Stil over substans
Pseudovidenskab
Ikon pseudoscience.svg
Populær pseudovidenskab
Tilfældige eksempler
Enten havde vi en lille målefejl, eller så er al fysik forkert.
—Lørdag morgen morgenmadsprodukter

Det EmDrive er en reaktionsløs rumfartøjsdrev foreslået af Roger shawyer i 1999. Det vigtigste ved det er, at hvis det fungerer, er der flere ekstremt velforståede og testede principper for fysik gå helt ud af vinduet.


Selvom virkningens størrelse er en, der let skal kunne måles, idet den er langt større end tyngdekræfterne målt i Cavendish eksperiment For over 200 år siden har de forskellige eksperimenter, der hidtil er udført, lidt under store problemer med deres eksperimentelle design og måleteknikker. Indtil videre har ingen engang testet en enhed som et lukket system, på trods af at den er inden for rækkevidde på de effektniveauer, der blev brugt i nogle af eksperimenterne. Derudover lider de offentliggjorte målinger under alvorlig drift og andre problemer, der indikerer problemer med apparatet, og målinger i forskellige retninger og effektniveauer giver inkonsekvente resultater.

Konceptet fik stor opmærksomhed i pressen i 2015, efter nogen på NASA laboratoriet Eagleworks, der har specialiseret sig i at undersøge næsten helt sikkert forkerte Hail-Mary-ideer på 'hvad hvis' -basis, afprøvede ideen, og pressen gik nødt med forestillingen om, at dette udgjorde NASA, der støttede det.


Indhold

En historie med stadigt krympende effekter

Opfinderen hævder, at enheden (motoren) fungerer ved at mætte et resonanshulrum med mikrobølgeovn stråling ; strålingen udøver tryk på hulrummets vægge. Dette er tæt analogt med at lave en bil bevæg dig fremad ved at sidde inde i det og skubbe på rattet eller bruge en blæser til at blæse et sejl; momentum virker bare ikke sådan. Men hvis du ikke rigtig forstår fysik, er dette potentieltenormtspændende!

Shawyer hævder, at på grund af 'relativistiske effekter' vil hulrummet (formet som en trunkeret kegle) opleve en større kraft mod den store ende end den lille ende på grund af bølgens gruppehastighed, der ændrer sig, da hulrummets lokale diameter varierer . Det er: tak til speciel relativitet , klassisk elektromagnetisme kan krænke bevarelsen af ​​momentum. Dette er komplet affald, men du skal kende fysik for at forstå det.

I 2001 fik Shawyer et tilskud på £ 45.000 fra Britisk regeringen for at studere ideen. Han hævdede, at han med en effekt på 850 watt fik en kraft på 0,016 newton. (Om en tyngdekraft på en øre. Dette var inden for rammerne af en eksperimentel fejl.)



Ny videnskabsmandskrev en temmelig gunstig artikel om det i 2006, selvom de efter klager senere lavede en note omNy videnskabsmandblog, at de burde have mere grundigt dækket kritikken af ​​drevet.


kinesisk forskere fra det nordvestlige polytekniske universitet ledet af Yang Juan hævdede at have verificeret teorien bag EmDrive uafhængigt i 2008 og konstrueret en kilowatt-kompatibel enhed i 2010, der producerede 750 mN målt tryk givet 2500 W inputeffekt.

Et par NASA-forskere begyndte at studere ideen i 2014. De opnåede 1/1000 af den styrke, som Shawyer hævdede at se i sine eksperimenter - et gennemsnitligt output på 91,2 µN ved 17 W af indgangseffekt over fem kørsler med et nettotopstød på 116 µN. Disse målinger lå langt uden for det torsionspendul, der blev anvendt til at detektere stødets fejlområde, og er således i det mindste muligvis signifikante, selvom der er mange andre kræfter, der potentielt kunne have forårsaget effekten.


Den uheldige virkning af nogen fra NASA, der overhovedet kiggede på det, var at pressen og den tankevækkende tog dette som en NASAgodkendelse. Dette blev ikke hjulpet af det helt uofficielle nyhedswebsted 'NASA Spaceflight', der bragte historien frem og bemærkede, at 'Et samfund af entusiaster, ingeniører , og forskere på flere kontinenter gik sammen på NASASpaceflight.com EM Drive forum for grundigt at undersøge eksperimenterne og diskutere teorier om driften af ​​EM Drive 'uden at bemærke, at de havde spærret al skeptisk diskussion fra det nævnte forum, hvis det skræmte eksperimenterne væk eller Shawyer (hvoraf ingen var til stede i første omgang).

I november 2016 afsluttede Eagleworks-teamet en testserie og skrev et papir, der blev accepteret til offentliggørelse i peer-reviewedJournal of Propulsion and Power. Den nederste linje blev rapporteret som:

Støddata fra fremad, baglæns og null antydede, at systemet konsekvent udførte ved 1,2 ± 0,1 mN / kW, hvilket var meget tæt på den gennemsnitlige impulsive ydelse målt i luft. En række fejlkilder blev overvejet og diskuteret.

Hvordan det skal fungere

EmDrive er blevet en af ​​en lille familie af formodede reaktionsløse drev, og hver forsker ser ud til at have deres egen kæledyrsteori. Shawyers 'teori' er baseret på særlig relativitet, i det mindste som Shawyer forstår det: han hævder, at strålingen inde i hulrummet har mindre momentum i den smalle ende af hulrummet på grund af en reduktion i gruppehastighed, og at den resulterende kraft mod store ende er højere. Kræfter, der udøves på de skrånende sider af det resonante hulrum, afvises som 'ubetydelige', når en simpel anvendelse af bevarelseslove ville have dem nøjagtigt lig med enhver ændring i momentum af den elektromagnetiske bølge, der bevæger sig langs hulrummet på grund af overfladernes geometri. Shawyers teori er forvirret og inkonsekvent med misforståelser af ækvivalensprincippet og en tilsyneladende antagelse om en absolut universel hvilestel (han og Dr. Harold White hævder, at enheden mister effektivitet, når den accelererer, og Shawyer hævder, at drevet bedst bruges til at svæve i stedet for at accelerere, på trods af at der ikke er nogen forskel mellem at svæve og accelerere ved 9,8 m / s) og mange andre problemer. Morsomt synes han ikke kun at tro, at der er en absolut hvilestel, det tror han tilsyneladende Jordens overflade hviler i forhold til den .

De kinesiske forskere antyder, at det på en eller anden måde er baseret på elektromagnetisme og Maxwells lov, og Dr. Whites gruppe mener, at mikrobølgerne skubber mod 'virtuelle kvantevakuumpartikler' i resonanshulen. Dr. Fernando Minotti, en forsker ved CONICET, i en artikel fra 2013 med titlen 'Scalar-tensor teorier og asymmetriske resonanshulrum' bemærkede, at den påståede fremdrift frembragt af Emdrive kan forklares med visse skalære tensor teorier om tyngdekraften. Også Dr. Michael McCulloch i et papir med titlen 'Can the Emdrive Explained by Quantised Inertia?' bemærkede, at fremdriften fra EmDrive kan forklares med Unruh-stråling, der forårsager fotoner i den brede ende af hulrummet at have større inertiemasse end fotonerne i den smalle ende, hvilket får hulrummet til at udvise tryk mod den smalle ende.


Flere fremtrædende fysikere har sagt, at konceptet er umuligt. En ph.d. fysiker, John Costella, forklarede i hans relaterede artikel hvorfor.

Overtrædelse af bevarelseslove

Shawyer hævder, at EmDrive ikke er reaktionsfri og ikke overtræder nogen fysiske love. Desværre modsiger dette hansAndethævder, at det producerer fremdrift som et lukket system.

'Reaktionsdrev' som raketter er afhængige af bevarelse af momentum: en eller anden form for drivmiddel udvises i en retning, og fartøjet får en lige så stor grad af momentum i den modsatte retning. Drivmidlet, der udvises af et reaktionsdrev, behøver ikke at være et materielt stof: fotoner bærer momentum, der er proportionalt med deres energi, og således vil et drev, der simpelthen retningsudsender fotoner, producere fremdrift (omend meget små trykmængder for en given effektindgang). Disse er ikke lukkede systemer, reaktionsdrev er alle afhængige af, at noget forlader systemet for at bære fart.

EmDrive hævdes derimod at producere langt større mængder stød, end en fotonthruster med samme kraft ville, og at gøre det som et lukket system uden udsendt stråling. Det uddriver ikke noget drivmiddel og har således ingen måde at afbalancere det momentum, det får, hvilket gør det til et 'reaktionsløst' drev. Hvis det fulgte bevarelsen af ​​momentum, ville det ikke accelerere.

Bevarelse af energi billetpris lidt bedre. EmDrive angives specifikt at være en reversibel elektrisk maskine: effektindgang forårsager acceleration i den ene retning, acceleration i den anden får den til at udgangseffekt. Alle genstande hviler på jorden Overfladen oplever 9,8 m / s acceleration uden energiomkostninger, så Shawyers påstande fører til den konklusion, at en EmDrive, der bare sidder på jorden, er en gratis energienhed, der producerer endeløs effekt fra tyngdeacceleration.

Derudover vil direkte omdannelse af energi til stød nødvendigvis krænke bevarelse af energi, medmindre forholdet mellem energi og stød er ikke bedre end en foton-raket (og foton-raketter har forfærdeligt forfærdelige effektiviteter).

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

Antag, at der startes et rumskib, der drives af EmDrive, som opretholder en acceleration på 9,8 m / s eller 1 G. Det har en masse på en million kg, hvilket er ca. halvdelen af ​​rumfærgen, før den blev pensioneret. Drivkraften målt ved NASAs eksperiment var ikke større end 116 µN med en effektindgang på 17 W, hvilket gav det et strømforbrug på 0,147 W / µN. Skibet vil kræve 9,8 meganewton for at accelerere ved 9,8 m / s, hvilket vil kræve kæmpestore 1,4 billioner watt, hvilket er mere end halvdelen af ​​hele Jordens strømforbrug. For at forblive i overensstemmelse med særlig relativitet måles skibets hastighed altid i forhold til Jorden.

Ved 200 km / s har skibet en kinetisk energi på 20 quadrillion joule. Hvis det accelererer i 1 sekund, vil dets kinetiske energi stige til 20.002 PJ og øges med 1,96 billioner joule. Imidlertid blev kun 1,4 billioner joule brugt, hvilket betyder, at et sekund af acceleration skabte 560 milliarder joule ud af ingenting.

EmDrive-fortalere har antydet, at effektiviteten af ​​EmDrive reduceres med hastighed. Det rejser endnu større problemer, såsom hvordan skibets acceleration vil variere afhængigt af en observatørs hastighed i forhold til skibet. Hvis skibet rejste tæt på Jorden ved 200 km / s, ville observatører på Jorden være nødt til at observere skibet accelerere med ~ 7 m / s for at spare på energi for ikke at blive krænket, men passagerer på skibet ville insistere på, at det var accelerere med 9,8 m / s; fordi der ikke forekommer nogen væsentlig tidsudvidelse med mindre end 10% af lysets hastighed, kan det udelukkes som en løsning på uoverensstemmelsen. At foreslå, at der findes en universel referenceramme, er at foreslå, at særlig relativitet bør være smidt ud af vinduet . I betragtning af at der er langt flere beviser for, at særlig relativitet er sandt, end der er bevis for, at EmDrive fungerer, det skal være indlysende hvorfor EmDrive stadig stort set ignoreres af det videnskabelige samfund.

Et papir af Harold White forsøgte at bevise, at iondrev også krænker energibesparelsen. I det givne eksempel bruger et 9.460 kg rumfartøj 540 kg drivmiddel til at øge dets hastighed med 1 km / s og forbruge 174 gigajoules energi. I forhold til den kosmiske mikrobølgebaggrund kørte fartøjet oprindeligt med 371 km / s og accelereret til 372 km / s, hvilket førte til at fartøjets kinetiske energi ændrede sig med 33.649 GJ. Den største fejl i papiret er udelukkelsen af ​​tegnet; den samlede energiforandring er virkelig -33.649 GJ. Energien er ikke 'ødelagt'; når drivmiddelets kinetiske energi tages i betragtning, er der ingen energi tabt. Mere forvirrende er det faktum, at hvid sammenligner håndværkets kinetiske energiogdrivmidlet, før det accelereres til kinetisk energi af bare fartøjet, efter at det er accelereret. Det giver mere mening at sammenligne drivstoffets og fartøjets kinetiske energiforandring separat; når fartøjets samlede kinetiske energiforandringer og drivmidlet tilføjes, er resultatet - vent på det - 174 gigajoules! Som det viser sig, bevarer momentum bevarelse af energi.

Lignende enheder

Eagleworks-teamet på NASA undersøgte en lignende enhed kaldet w, som også blev vist at producere fremdrift - igen, dens driftsprincip ligner EmDrive, men noget mindre effektiv ifølge Shawyer. Opfinderen af ​​Cannae Drive, Guido G. Fetta, postulerede, at drevet frembragte tryk delvist via radiale slots indgraveret langs bundkanten af ​​det resonante hulrumsinteriør. NASA-teamet viste sig imidlertid, at denne idé var falsk ved at teste et 'null' drev, der ikke havde nogen slots langs bunden. Begge drev producerede omtrent den samme mængde stød, hvilket indikerer, at slids ikke påvirker stød. En tredje kontrolenhed blev også testet med en RF-belastning, men uden brug af et resonanshulrum, hvilket resulterede i intet tryk som forventet.

NASA planlægger at opgradere deres udstyr til højere effektniveauer, bruge vakuum-kompatible RF-forstærkere med effektområder på op til 125 W og designe et nyt tilspidset hulrum, der analytisk forventes at producere tryk i 0,1 N / kW-området. Derefter sendes testartiklen til andre laboratorier til uafhængig verifikation og fortsat evaluering af teknologien på Glenn Research Center, Jet Propulsion Laboratory og Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory.

Debunked

Endelig testede forskere for magnetiske interaktioner og fandt den underliggende systemiske fejl, der førte til den opfattede fremdrift. Da kabelsløjferne blev afskærmet ordentligt, forsvandt effekten, hvilket viser, at dette drev virkelig er umuligt.