EmDrive, motor bez goriva

Zatvorena bakrena posuda u obliku krnjeg stošca, u koju se upuštaju mikrovalovi, trebala je stvarati potisak bez ikakvog goriva. Laboratorij NASA-e izmjerio je 2016. sićušnu silu, a pet godina kasnije skupina iz Dresdena objavila je da je otkrila odakle ta sila dolazi.

Ukratko

Britanski inženjer Roger Shawyer predstavio je 2001. EmDrive, zatvorenu metalnu komoru u obliku krnjeg stošca u kojoj odbijaju mikrovalovi, i tvrdio da stvara potisak bez izbacivanja goriva.
Takav bi uređaj kršio zakon očuvanja količine gibanja, jedan od temeljnih zakona fizike, pa je većina fizičara tvrdnje odbacila od početka.
Laboratorij NASA Eagleworks objavio je 2016. u recenziranom časopisu da je u vakuumu izmjerio malen potisak, ali su sami autori naveli niz mogućih izvora pogreške.
Skupina Martina Tajmara s Tehničkog sveučilišta Dresden objavila je 2021. mjerenja prema kojima se sve dotad izmjerene sile mogu objasniti zagrijavanjem i drugim vanjskim utjecajima na vagu.

Svaka raketa leti zato što nešto izbacuje. Plinovi izlaze kroz mlaznicu u jednom smjeru, a raketa se giba u suprotnom. To je treći Newtonov zakon, posljedica dubljeg zakona očuvanja količine gibanja. Zato svemirske letjelice moraju nositi gorivo, a gorivo je najveće ograničenje svemirskih putovanja. Uređaj koji bi stvarao potisak bez ičega što izbacuje, takozvani pogon bez reakcije, promijenio bi sve. Upravo zbog toga je i izazvao toliku sumnju.

Komora u obliku stošca

Roger Shawyer, britanski inženjer koji je radio u svemirskoj industriji, osnovao je 2001. tvrtku Satellite Propulsion Research i počeo razvijati uređaj koji je nazvao EmDrive. Riječ je o zatvorenoj bakrenoj komori, široj na jednom kraju nego na drugom, u koju magnetron, isti uređaj kakav je u mikrovalnoj pećnici, upušta mikrovalove. Shawyer je tvrdio da mikrovalovi pritišću šire dno snažnije nego uže, pa nastaje sila prema jednoj strani. Godine 2002. opisao je prototip koji je navodno stvarao potisak od 0,02 njutna pri snazi od 850 vata.

Fizičari su odgovorili da je to nemoguće: zatvoren sustav ne može sam sebe gurati, kao što se ni čovjek ne može podići za vlastitu kosu. Kad je časopis New Scientist 2006. stavio EmDrive na naslovnicu, matematički fizičar John Baez i pisac Greg Egan javno su upozorili da je riječ o pogrešno protumačenim pogreškama u mjerenju.

Kina, NASA i sićušne sile

Ipak, nekoliko je skupina odlučilo provjeriti. Na Sjeverozapadnom politehničkom sveučilištu u kineskom Xi'anu skupina Yang Juan izvijestila je 2012. o izmjerenom potisku, ali je kasnije zaključila da je riječ o pogrešci u pokusu, a poboljšani uređaj nije pokazao mjerljiv potisak.

Laboratorij NASA-e za naprednu pogonsku fiziku, poznat kao Eagleworks, pod vodstvom Harolda Whitea, objavio je 2014. da je pri vrlo maloj snazi izmjerio silu od oko 91 mikronjutna. Pokus je kritiziran jer je izveden na zraku, gdje strujanje zagrijanog zraka može pomaknuti osjetljivu vagu. Nova mjerenja u vakuumu objavljena su u studenom 2016. u recenziranom časopisu Journal of Propulsion and Power. Autori su izvijestili o potisku od 1,2 milinjutna po kilovatu snage, otprilike koliko bi težilo nekoliko zrnaca pijeska, ali su i sami nabrojili mnoge moguće izvore pogreške, među njima toplinsko širenje dijelova uređaja.

Vaga u Dresdenu

Martin Tajmar sa svojom skupinom na Tehničkom sveučilištu Dresden već je 2015. ispitao sličan uređaj i dobio malu silu, ali i silu tamo gdje je ne bi smjelo biti: kad je komoru okrenuo tako da potisak ne bi trebao djelovati na vagu, ona je i dalje pokazivala pomak. Godine 2018. zaključili su da velik dio prividnog potiska stvara međudjelovanje Zemljina magnetskog polja i struje u kabelima koji napajaju uređaj.

Zatim su napravili novu vagu. Uređaj nisu objesili na jednu stranu vage, nego na samu točku oko koje se vaga okreće, a napajanje su doveli tako da toplina i struja što manje utječu na mjerenje. U radovima objavljenima 2021. izvijestili su da tako nema mjerljivog potiska u bilo kojem smjeru. Kad su uređaj vratili u prijašnji raspored, ponovno su dobili prividnu silu, sličnu onoj iz NASA-ina pokusa. Prema njihovu objašnjenju, kad struja teče u uređaj, on se zagrijava, dijelovi kojima je pričvršćen za vagu se izobliče i vaga se pomakne na novu nultu točku. Zaključili su da njihova mjerenja opovrgavaju sve dotadašnje tvrdnje o EmDriveu za najmanje tri reda veličine.

Ideja koja ne nestaje

Shawyer je i nakon toga nastavio razvijati nove inačice i 2023. objavio knjigu o svojem uređaju. Neke tvrtke najavljivale su probe u svemiru, gdje ne bi bilo vage koja se zagrijava, ali do danas nije objavljen nijedan provjerljiv rezultat takve probe.

Kronologija

2001.: Roger Shawyer osniva tvrtku i počinje razvijati EmDrive.
2002.: Shawyer opisuje prototip s navodnim potiskom od 0,02 njutna.
2006.: New Scientist stavlja EmDrive na naslovnicu, a fizičari upozoravaju na pogreške.
2012.: Skupina iz Xi'ana izvješćuje o potisku, a kasnije ga pripisuje pogrešci.
2014.: NASA Eagleworks izvješćuje o maloj sili izmjerenoj na zraku.
2015.: Tajmarova skupina u Dresdenu objavljuje prva mjerenja.
Studeni 2016.: Eagleworks objavljuje mjerenja u vakuumu u recenziranom časopisu.
2018.: U Dresdenu utvrđuju utjecaj Zemljina magnetskog polja na kabele.
2021.: Skupina iz Dresdena objavljuje mjerenja bez mjerljivog potiska i objašnjenje prividne sile.

Ključne osobe

Roger Shawyer: Britanski inženjer koji je predstavio EmDrive.
Harold White: Voditelj laboratorija NASA Eagleworks koji je 2016. objavio mjerenja potiska.
Martin Tajmar: Profesor na Tehničkom sveučilištu Dresden čija je skupina ispitivala EmDrive.
Yang Juan: Na čelu skupine sa Sjeverozapadnog politehničkog sveučilišta u Xi'anu koja je ispitivala sličan uređaj.
John Baez: Matematički fizičar koji je rano upozorio na pogreške u mjerenjima.

Što se zna

EmDrive je zatvorena komora bez izbacivanja tvari, pa bi potisak kršio zakon očuvanja količine gibanja.
NASA Eagleworks objavila je 2016. potisak od oko 1,2 milinjutna po kilovatu, uz popis mogućih pogrešaka.
Skupina iz Xi'ana svoj je raniji rezultat pripisala pogrešci u pokusu.
Skupina iz Dresdena 2021. nije izmjerila potisak i pokazala je da zagrijavanje može stvoriti prividnu silu sličnu ranije izmjerenoj.
Nijedan provjerljiv rezultat iz svemira nije objavljen.

Što tvrde zagovornici

Više neovisnih skupina, uključujući NASA-in laboratorij, izmjerilo je silu u smjeru koji su predvidjeli, a rad iz 2016. prošao je stručnu recenziju.
Pokusi u Dresdenu koristili su uređaje drukčijih dimenzija i kvalitete od Shawyerovih, pa ne moraju vrijediti za svaki dizajn.
Fizika je i prije mijenjala ono što se smatralo nemogućim, a neki teoretičari predlagali su objašnjenja preko međudjelovanja s okolinom ili kvantnim vakuumom.
Jedina konačna provjera bila bi proba u svemiru, gdje nema vage ni Zemljina utjecaja.

Što kažu kritičari

Zakon očuvanja količine gibanja potvrđen je bezbroj puta, a zatvorena komora nema ništa o što bi se mogla odgurnuti.
Izmjerene sile sićušne su i javljaju se baš ondje gdje su vanjski utjecaji poput topline i magnetskih polja najveći.
Kad je skupina iz Dresdena uklonila te utjecaje, sila je nestala, a kad ih je vratila, sila se vratila.
Predložena objašnjenja preko kvantnog vakuuma ne slažu se s prihvaćenom fizikom, jer kvantni vakuum nema ništa o što bi se uređaj mogao gurati.

Otvorena pitanja

Hoće li ijedna skupina provesti i objaviti pouzdanu probu u svemiru?
Mogu li se toplinski učinci uvijek potpuno odvojiti od stvarne sile u tako osjetljivim mjerenjima?

Teorije

Sve izmjerene sile posljedica su topline, magnetskih polja i drugih vanjskih utjecaja
Uređaj stvara stvaran potisak koji postojeća fizika ne objašnjava
Dosadašnja mjerenja ne pokazuju potisak, ali tek bi proba u svemiru dala konačan odgovor