Selvom du ikke følger med udviklingen inden for rumfremdriftsteknologi, har du sikkert stadig hørt om EmDrive. Du har sikkert set overskrifter, der erklærer det nøglen til interstellar rejse, og hævder, at det drastisk vil reducere rejsetiden på tværs af vores solsystem, hvilket gør vores drømme om mennesker, der går på andre planeter, endnu mere til virkelighed. Der har endda været påstande om, at denne meget kontroversielle teknologi er nøglen til at skabe warp-drev.
Disse er dristige påstande, og som den store kosmolog og astrofysiker Carl Sagan engang sagde, "ekstraordinære påstande kræver ekstraordinære beviser." Med det i tankerne, tænkte vi, at det ville være nyttigt at nedbryde, hvad vi ved om det gådefulde EmDrive, og om det i virkeligheden er nøglen til, at menneskeheden udforsker stjerner.
Anbefalede videoer
Så uden videre, her er absolut alt, hvad du behøver at vide om verdens mest forvirrende fremdriftsenhed.
Denne artikel opdateres med jævne mellemrum som svar på nyheder og udviklinger vedrørende EM Drive og teorierne omkring det.
Et nyt, lækket NASA-papir peger på potentielt fungerende EmDrive
Et lækket NASA-papir indhentet af International Business Times via et indlæg af en bruger på NASA Spaceflight fora. Indlægget blev oprindeligt slettet af forummets moderatorer, men dokumentet er siden blevet sendt og forbliver synligt i øjeblikket her. Papiret er tilsyneladende det samme, som blev diskuteret tidligere på året (rapporteret nedenfor). Oplysningerne i papiret peger tydeligt på en fungerende version af EmDrive, og mens den endnu skal offentliggøres, er det stadig sat til at køre i Institute of Aeronautics and Astronautics' videnskabelige tidsskrift, AIAA Journal of Propulsion and Power.
Som diskuteret nedenfor er dette et stort skridt fremad for EmDrive og for dem, der tror på den teoretiske teknologi. Hvis papiret om NASA's resultater faktisk består mønstre og ser dagens lys - hvilket virker meget sandsynligt - vil det være en velsignelse for yderligere forskning og udvikling af EmDrive-teknologien. Dette ville åbne døren for fortsatte undersøgelser og tests og kan endelig sætte mennesker på vej til hurtige, lette rumrejser.
Et EmDrive-papir er endelig blevet accepteret af peer review
Oprindeligt påpegede denne artikel, at tidligere undersøgelser og artikler om EmDrive enten ikke er blevet indsendt eller bestået peer review. Disse dage er imidlertid i fortiden givet et NASA Eagleworks papir om EmDrive-testen, som har efter sigende bestået peer review-processen og vil snart blive udgivet af American Institute of Aeronautics and Astronautics' AIAA Journal of Propulsion and Power.
Dette er et vigtigt skridt for EmDrive, da det tilføjer legitimitet til teknologien og de hidtil udførte test, hvilket åbner døren for andre grupper til at replikere testene. Dette vil også give andre grupper mulighed for at afsætte flere ressourcer til at afdække hvorfor og hvordan det virker, og hvordan man gentager drevet for at gøre det til en levedygtig form for fremdrift. Så selvom et enkelt fagfællebedømt papir ikke pludselig vil udstyre menneskeheden med interplanetariske rejser, er det det første skridt mod til sidst at realisere den mulige fremtid.
Hvad er EmDrive?
Kort sagt er EmDrive en gåde. Først designet i 2001 af rumfartsingeniør Roger Shawyer, kan teknologien opsummeres som et drivgasfrit fremdriftssystem, hvilket betyder, at motoren ikke bruger brændstof til at forårsage en reaktion. Fjernelse af behovet for brændstof gør et fartøj væsentligt lettere, og derfor lettere at flytte (og billigere at lave, teoretisk). Derudover er det hypotetiske drev i stand til at nå ekstremt høje hastigheder - vi taler potentielt om at få mennesker til de ydre rækker af solsystemet i løbet af få måneder.
Vi taler potentielt om at få mennesker til de ydre rækker af solsystemet i løbet af få måneder.
Spørgsmålet er, at hele konceptet med en reaktionsløs drift er inkonsistent med Newtons bevarelse af momentum, som siger at indenfor et lukket system forbliver lineært og vinkelmomentum konstant uanset ændringer, der finder sted inden for nævnte system. Mere tydeligt: Medmindre en ydre kraft påføres, vil en genstand ikke bevæge sig.
Reaktionsløse drifter er navngivet som sådan, fordi de mangler den "reaktion", der er defineret i Newtons tredje lov: "For hver handling er der en lige og modsat reaktion." Men det her går mod vores nuværende grundlæggende forståelse af fysik: En handling (fremdrift af et fartøj), der finder sted uden en reaktion (antændelse af brændstof og udvisning af masse) bør være umulig. Hvis sådan noget kan forekomme, ville det betyde, at et endnu udefineret fænomen finder sted - eller vores forståelse af fysik er fuldstændig forkert.
Hvordan virker EmDrive?
Lad os se på de potentielt fysikbrydende usandsynligheder ved teknologien, så lad os nedbryde i enkle vendinger, hvordan det foreslåede drev fungerer. EmDrive er det, der kaldes en RF resonans hulrum thruster, og er en af flere hypotetiske maskiner, der bruger denne model. Disse designs fungerer ved at få en magnetron til at skubbe mikrobølger ind i en lukket afkortet kegle, derefter skubbe mod den korte ende af keglen og drive fartøjet fremad.
Dette er i modsætning til den form for fremdrift, nuværende rumfartøjer bruger, som forbrænder store mængder brændstof for at uddrive en massiv mængde energi og masse for at raketfarve fartøjet op i luften. En ofte brugt metafor for ineffektiviteten af dette er at sammenligne de partikler, der skubber mod indkapsling og frembringelse af stød til handlingen at sidde i en bil og skubbe på et rat for at flytte bilen frem.
Mens test er blevet udført på eksperimentelle versioner af drevet - med lavt energitilførsel, hvilket resulterer i et par mikronewtons tryk (omkring lige så meget kraft som vægten af en krone) — Det første peer-reviewede papir er først blevet accepteret for nylig, og ingen af resultaterne fra andre tests er nogensinde blevet offentliggjort i en peer-reviewet tidsskrift. Det er muligt, at nogle positive trykresultater kan være forårsaget af interferens eller en uforudset fejl med testudstyr. Det faktum, at NASA Eagleworks' papir efter sigende er blevet accepteret af peer review og vil blive offentliggjort i AIAA Journal of Propulsion and Power tilføjer dog en del legitimitet til disse påstande.
Selvom der har været meget skepsis med hensyn til EmDrive før Eagleworks-papiret, er det det vigtigt at bemærke, at der har været en række mennesker, der har testet drevet og rapporteret at have opnået fremstød.
- I 2001 fik Shawyer et tilskud på £45.000 fra den britiske regering til at teste EmDrive. Hans test opnåede angiveligt 0,016 Newtons kraft og krævede 850 watt effekt, men ingen peer review af testene bekræftede dette. Det er dog værd at bemærke, at dette tal var lavt nok til, at det potentielt var en eksperimentel fejl.
- I 2008 angiveligt Yang Juan og et hold kinesiske forskere ved Northwestern Polytechnical University verificerede teorien bag RF-resonanshulrums-thrustere og byggede efterfølgende deres egen version i 2010, test af drevetflere gange fra 2012 til 2014. Testresultaterne var angiveligt positive og opnåede op til 750 mN (millinewtons) tryk og krævede 2.500 watt effekt.
- I 2014 testede NASA-forskere deres egen version af et EmDrive, også i et hårdt vakuum. Endnu en gang rapporterede gruppen fremdrift (ca. 1/1.000 af Shawyers påstande), og endnu en gang blev dataene aldrig offentliggjort gennem peer-reviewede kilder. Andre NASA-grupper er skeptiske over for forskernes påstande, men i deres papir står det klart, at disse resultater hverken bekræfter eller afkræfter driften, i stedet kræver yderligere tests.
- I 2015 testede den samme NASA-gruppe en version af kemiingeniør Guido Fettas Cannae Drive (født Q Drive), og rapporteret positivt nettotryk. På samme måde testede en forskergruppe ved Dresden University of Technology også drevet igen rapporteringstryk, både forudsagt og uventet.
- Endnu en test af en NASA-forskningsgruppe, Eagleworks, i slutningen af 2015 tilsyneladende bekræftet gyldigheden af EmDrive. Testen korrigerede fejl, der var opstået i de tidligere test, og overraskende nok opnåede drevet fremdrift. Gruppen har dog endnu ikke indsendt deres resultater til peer review. Det er muligt, at andre uforudsete fejl i eksperimentet kan have årsag til stød (hvoraf den mest sandsynlige er, at vakuumet blev kompromitteret, hvilket fik varme til at udvide luften i dets testmiljø og flytte køre). Uanset om resultaterne i sidste ende bliver offentliggjort eller ej, skal der laves flere tests. Det er præcis, hvad Glenn Research Center i Cleveland, Ohio, NASAs Jet Propulsion Laboratory og Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory har til hensigt at gøre. For EmDrive-troende ser der ud til at være håb.
I midten af 2016 blev en ny teori fremsat af fysiker Michael McCulloch, en forsker fra Plymouth University i Det Forenede Kongerige, som kan give en forklaring på det skub, der er observeret i tests. McCullochs teori omhandler inerti og noget, der kaldes Unruh-effekten - et begreb forudsagt af relativitet, hvilket får universet til at virke varmere jo mere du accelererer, med varmen observeret i forhold til acceleration.
McCullochs nye teori omhandler det ubekræftede koncept for Unruh-stråling, som udleder, at partikler dannes ud af rummets vakuum som et direkte resultat af den observerede opvarmning af universet pga acceleration. Dette teoretiske koncept passer stort set ind i vores nuværende forståelse af universet og forudsiger resultaterne af inerti, vi pt. observere, omend med en bemærkelsesværdig undtagelse: små accelerationer på skalaen omkring det, der er blevet observeret under test af EM Køre.
Denne acceleration kommer som et resultat af Unruh-strålingspartiklerne, hvis bølgelængder stiger, når accelerationen aftager. Unruh-partikler ved forskellige bølgelængder skal passe i hver ende af EM-drevets kegle, og som de hopper rundt inde i keglen, vil deres inerti også ændre sig, hvilket i sidste ende ville resultere i fremstød.
McCullochs teori er ganske vist lidt svær at omtale i kortfattede lægmandstermer. Hvis du er nysgerrig og vil fordybe dig i yderligere læsning om teorien, kan du læse Hele McCullochs papir diskuterer hans teori her. Pointen her er, at hvis Unruh-effekten og Unruh-strålingen skulle bekræftes, giver det en fuldstændig plausibel forklaring på EM-drevets tilsyneladende hidtil umulige skydningsobservationer. Dette vil kræve yderligere forskning og eksperimenter, og giver fremdriftssystemet endnu mere momentum til test.
Implikationer af et fungerende EmDrive
Det er let at se, hvor mange i det videnskabelige samfund, der er på vagt over for EmDrive og RF-resonanskavitetstryk helt. Men på den anden side rejser væld af undersøgelser et par spørgsmål: Hvorfor er der sådan en interesse for teknologien, og hvorfor ønsker så mange mennesker at teste den? Hvad præcist er de påstande, der fremsættes om drevet, der gør det til en så attraktiv idé? Mens alt fra atmosfæriske temperaturkontrollerende satellitter til sikrere og mere effektive biler er blevet tromlet op som potentiale applikationer til drevet, det virkelige træk ved teknologien - og drivkraften til dens skabelse i første omgang - er implikationerne for rummet rejse.
Rumfartøjer, der er udstyret med et reaktionsløst drev, kan potentielt komme til månen på få timer, Mars om to til tre måneder og Pluto inden for to år. Disse er ekstremt dristige påstande, men hvis EmDrive viser sig at være en legitim teknologi, er de måske ikke så besynderlige. Og uden behov for at pakke flere tons brændstof bliver rumfartøjer billigere og nemmere at producere og langt lettere.
For NASA og andre sådanne organisationer, herunder de talrige private rumvirksomheder som SpaceX, lette, overkommelige rumfartøjer, der hurtigt kan rejse til fjerne dele af rummet, er noget af en enhjørning. Alligevel, for at det skal blive en realitet, skal videnskaben lægge sammen.
Shawyer er fast på, at der ikke er behov for pseudovidenskab eller kvanteteorier for at forklare, hvordan EmDrive fungerer. I stedet mener han, at nuværende modeller af newtonsk fysik tilbyder en forklaring, og han har skrevet artikler om emnet, hvoraf et i øjeblikket er ved at blive peer reviewet (adskilt fra Eagleworks papir). Han forventer, at avisen udkommer engang i år. Mens Shawyer tidligere er blevet kritiseret af andre videnskabsmænd for ukorrekt og inkonsekvent videnskab, hvis papiret bliver faktisk udgivet, det kan begynde at legitimere EmDrive og anspore til flere test og forskning.
Rumfartøjer udstyret med et reaktionsløst drev kan potentielt komme til Månen på blot et par timer.
På trods af hans insisteren på, at drevet opfører sig inden for fysikkens love, har det ikke forhindret ham i at komme med dristige påstande vedrørende EmDrive. Shawyer har skrevet, at dette nye drev producerede kædebobler, som tillader drevet at bevæge sig, og hævder, at det er sådan, NASAs testresultater sandsynligvis blev opnået. Påstande som disse har vakt stor interesse online, men har ingen klare understøttende data og vil (i det mindste) kræve omfattende test og debat for at blive taget seriøst af det videnskabelige samfund - hvoraf størstedelen fortsat er skeptisk over for Shawyers påstande. Forhåbentlig vil der med dette nye peer-reviewede papir blive udført flere EmDrive-tests, som hjælper med at belyse, hvordan denne ting fungerer.
Colin Johnston fra Armagh Planetarium skrev en omfattende kritik af EmDrive og de inkonklusive resultater af adskillige tests. Tilsvarende har Corey S. Powell fra Discovery skrev sin egen anklageskrift af både Shawyer's EmDrive og Fetta's Cannae Drive, samt den seneste ildhu over NASA's resultater. Begge peger på behovet for større skøn ved indberetning af sådanne tilfælde. Professor og matematisk fysiker, John C. Baez udtrykte sin udmattelse over den konceptuelle teknologis vedholdenhed i debatter og diskussioner og kaldte hele ideen om en reaktionsløs drift "baloney." Hans lidenskabelige afskedigelse afspejler mange andres følelser.
Shawyers EmDrive er blevet mødt med entusiasme andre steder, herunder hjemmesiden NASASpaceFlight.com - hvor information om de seneste Eagleworks tests først blev offentliggjort - og det populære tidsskrift New Scientist, som offentliggjorde et positivt og optimistisk papir på EmDrive. (Redaktørerne udsendte senere en erklæring, som de, på trods af vedvarende begejstring over ideen, burde have vist mere takt når du skriver om det kontroversielle emne.)
NASA Eagleworks' papir åbner døren for bedre forståelse af teknologien og for yderligere forfining af den. Et påviselig, fungerende EmDrive kunne åbne spændende muligheder for både rumrejser og terrestriske rejser - for ikke at nævne sætte spørgsmålstegn ved hele vores forståelse af fysik.
