Aldebaran bulletin

Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze
Číslo 40 (vyšlo 9. listopadu, ročník 16 (2018)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Hledej

Na Star Trek si ještě počkáme

Rudolf Mentzl

Mediální život pohonné jednotky EmDriveEmDrive – kosmický motor slibující principiálně nový způsob pohybu vesmírným prostorem. K pohybu nevyžaduje žádné médium, porušuje tedy zákon akce a reakce, což bylo vysvětlováno kontroverzním výkladem kvantové mechaniky. Ačkoli první prototypy dávaly slibné výsledky, přesnější měření ukázala, že šlo jen o kumulaci různých vedlejších efektů, jako jsou působení odpadního tepla na okolí nebo vliv magnetického pole Země na elektrické součástky. (ElectroMagnetic spacecraft Drives) začíná 8. září 2006, kdy časopis New ScientistNew Scientist – mezinárodní vědecký časopis věnující se pokrokům ve vědě a technologiích. Založen byl v roce 1956, dnes vychází ve třech mutacích – britské, americké a australské. Zveřejňované články neprocházejí oponentním procesem. zveřejňuje výsledky práce britského leteckého inženýra Rogera J. Shawyera na novém motoru umožňujícím pohyb kosmickým prostorem nezávisle na jakémkoli médiu. Články v časopisu New Scientist sice neprocházejí oponentním řízením, přesto myšlenka nového principu zaujala. Není divu, publikování myšlenek, které porušují zákon zachování hybnosti, nebude riskovat žádný vědec, pokud k tomu nemá skutečně pádné a hlavně ověřitelné důkazy. A ty Roger Shawyer měl. V laboratoři postavil prototyp motoru a popisovaný jev opakovaně naměřil. Navíc není schéma motoru komplikované, takže nebyl problém pokus zopakovat i jinde a zanedlouho jeho měření potvrdily také jiné laboratoře, včetně americké NASANASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen v roce 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších..

EmDrive

EmDrive. Zdroj: SPR Ltd./EmDrive.

EmDrive – kosmický motor slibující principiálně nový způsob pohybu vesmírným prostorem. K pohybu nevyžaduje žádné médium, porušuje tedy zákon akce a reakce, což bylo vysvětlováno kontroverzním výkladem kvantové mechaniky. Ačkoli první prototypy dávaly slibné výsledky, přesnější měření ukázala, že šlo jen o kumulaci různých vedlejších efektů, jako jsou působení odpadního tepla na okolí nebo vliv magnetického pole Země na elektrické součástky.

New Scientist – mezinárodní vědecký časopis věnující se pokrokům ve vědě a technologiích. Založen byl v roce 1956, dnes vychází ve třech mutacích – britské, americké a australské. Zveřejňované články neprocházejí oponentním procesem.

Kodaňská interpretace – nejpřijímanější interpretace kvantové mechaniky. Opírá se o nedeterminističnost mikrosvěta a pravděpodobnostní přístup. Před měřením je systém v superpozici stavů. V průběhu měření systém přejde do jednoho ze stavů této superpozice.

Bohmova interpretace – holografická interpretace. Nelokální interpretace kvantové mechaniky, v níž je každá částice součástí nedílného celku, který měl při velkém třesku jedinou vlnovou funkci. Sledované objekty jsou jen částí reality. Informace o celku jsou zakódovány v menších částech („hologramu“). Na rozdíl od Kodaňské interpretace je Bohmova interpretace deterministická. Někdy je označována jako Teorie pilotní vlny.

Kosmický pohon

Přístroj připomíná obyčejný měděný kbelík. Plechový komolý kužel, v jehož dutině se nachází zdroj mikrovlnMikrovlny – část spektra s vlnovou délkou od 0,4 mm do 15 cm (frekvencí od 2 GHz do 750 GHz). Hranice mezi infračervenou a mikrovlnnou oblastí, stejně tak jako hranice mezi mikrovlnnou a rádiovou oblastí, není přesně definována a různí autoři používají různé hodnoty. Mikrovlnným vlnovým délkám odpovídá velikost hmyzu. S mikrovlnami se v praxi setkáme při televizním vysílání, u polohovacího systému GPS nebo při ohřevu potravin v mikrovlnné troubě (vlnová délka 12.24 cm). Ve vesmíru září v mikrovlnné oblasti reliktní záření z období konce Velkého třesku (maximum má na vlnové délce 1 mm), plyn a prach v galaxiích, rodící se hvězdy a nejchladnější zákoutí hlubin vesmíru., ne nepodobný takovému, jaký nalezneme ve většině dnešních kuchyní. Sám Roger Shawyer jako generátor použil magnetron z mikrovlnné trouby s frekvencí 2.5 GHz a s příkonem 850 W. Po připojení ke zdroji elektrické energie začal motor prokazatelně vyvíjet tah. Na první pohled se zdá, že Shawyer postavil fotonovou raketu poháněnou mikrovlnnými fotony. Stačí však jednoduchý výpočet k tomu, aby bylo jasné, že mikrovlny, které by unikly a odnášely hybnost, nemohou vysvětlit naměřenou sílu, která je o několik řádů vyšší. Fotonovou raketu s mikrovlnným pohonem by urychloval tahTahový součinitel – koeficient popisující účinnost raketových motorů. Je definován jako poměr tahu motoru k dodávanému výkonu (palivem, svazkem či jinou metodou). Jednotkou je N/W. pouhé 3 mikronewtony na kilowatt, zatímco již první Shawyerův prototyp poskytoval tah 23 milinewtonů na kilowatt a při pozdějších pokusech dosahoval dokonce hodnot kolem 200 milinewtonů na kilowatt. Není bez zajímavosti, že je tato hodnota velice blízko hodnotě, která plyne ze Shawyerova teoretického modelu, ačkoli se nakonec ukázalo, že nemůže být správný, protože funkčnost motoru EmDriveEmDrive – kosmický motor slibující principiálně nový způsob pohybu vesmírným prostorem. K pohybu nevyžaduje žádné médium, porušuje tedy zákon akce a reakce, což bylo vysvětlováno kontroverzním výkladem kvantové mechaniky. Ačkoli první prototypy dávaly slibné výsledky, přesnější měření ukázala, že šlo jen o kumulaci různých vedlejších efektů, jako jsou působení odpadního tepla na okolí nebo vliv magnetického pole Země na elektrické součástky. byla pouze zdáním.

Původní EmDrive

Původní prototyp motoru přímo ze Shawyerovy dílny. Zdroj: R. Shawyer/NASA.

Roger Shawyer nebyl jediný, kdo se takovými myšlenkami a hlavně pokusy zabýval. Podobné zařízení také zkonstruoval americký fyzik Guido Fetta. Podal i vysvětlení principu, které se opírá o kvantové jevy a netriviální vlastnosti vakua. Kontroverzní je však jeho přístup, ve kterém se dostává za hranice ověřitelnosti a využívá myšlenek, které zatím neumíme potvrdit ani vyvrátit. Na druhou stranu, kdyby EmDrive jeho přístup legitimizoval, posunulo by se chápání kvantové fyziky o největší krok vpřed od počátků minulého století. Tenkrát ovládla mikrosvět tzv. Kodaňská interpretaceKodaňská interpretace – nejpřijímanější interpretace kvantové mechaniky. Opírá se o nedeterminističnost mikrosvěta a pravděpodobnostní přístup. Před měřením je systém v superpozici stavů. V průběhu měření systém přejde do jednoho ze stavů této superpozice. kvantové fyziky, která přijímá neurčitost jako základní fyzikální vlastnost. To si bohužel vynucuje přijetí takového pohledu na svět, se kterým je obtížné se smířit, a tak dodnes mnoho fyziků hledá alternativní vysvětlení. Jedním z nich je stará a znovu a znovu kříšená Bohmova interpretaceBohmova interpretace – holografická interpretace. Nelokální interpretace kvantové mechaniky, v níž je každá částice součástí nedílného celku, který měl při velkém třesku jedinou vlnovou funkci. Sledované objekty jsou jen částí reality. Informace o celku jsou zakódovány v menších částech („hologramu“). Na rozdíl od Kodaňské interpretace je Bohmova interpretace deterministická. Někdy je označována jako Teorie pilotní vlny. kvantové teorie. Jedním z jejích důsledků je to, že se foton chová tak, jako by vysílal jakousi pilotní vlnu a pomocí ní si sám vybíral cestu. Nejprve si „očichá“ všechny cesty, a podle toho, jaké nástrahy tam na něj číhají, si teprve vybere nejvýhodnější trajektorii. Pilotní vlny by měly vyzařovat všechny částice ve vesmíru a podle jakýchsi vesmírných siločar by se měly vtahovat do míst s jejich nižší hustotou. Právě tento efekt by měl vytvářet rozdílné tlaky na dno motoru, a tak vyvolat jeho tah.

Ikarův pád

Vrcholu slávy dosáhl EmDrive, když měření potvrdila i profesorka Juan Yang z čínské university v Si-anu (čínsky Xī'ān) a začalo se mluvit o testování prototypu v kosmickém prostoru. Ještě roku 2014 však Juan Yang své tvrzení odvolala s poukazem na chybu v metodice měření. Výsledky byly ovlivněny mnoha dalšími těžko uchopitelnými faktory, které bylo třeba eliminovat. Předně byly odstraněny napájecí vodiče a nahrazeny vestavěným akumulátorem. Také nebylo zřejmé, jak moc se uplatňuje odpadní teplo, což přímo volalo po užití vakuové komory, ve které by nemohl stoupající teplý vzduch ovlivňovat měření. Novými měřeními tahu se dostala k o dva řády nižším hodnotám, které se nacházely na hranici odhadované nejistoty použité metodiky.

Test v NASA

Testování EmDrive na torzních vahách ve vakuové komoře. Zdroj: NASA.

V laboratořích NASA přistoupili k měření zodpovědněji a testovali motor na přesnějších torzních vahách v izolované evakuované komoře. Poslední pokusy probíhaly za tlaku 10−5 Pa, kalibraci vah zaručovala přesně definovaná elektrostatická síla. S takovou měřicí aparaturou se mohli Američané pustit do měření sil v řádu mikronewtonů. Nejhorší obavy přívrženců EmDrive se naplnily. Naměřená síla byla o dva až tři řády nižší, než původní optimistické odhady. Představa nového motoru, který by zkrátil cestu na MarsMars – rudá planeta se dvěma malými měsíci, Phobosem a Deimosem, je v pořadí čtvrtým tělesem sluneční soustavy. Povrch planety je pokryt načervenalým pískem a prachem. Barva je způsobena vysokým obsahem železa. Načervenalá barva celé planety jí dala jméno (Mars je bůh válek). Na povrchu se nacházejí obrovské sopky, z nichž ta největší, Olympus Mons, je 24 km vysoká a její základna je 550 km široká. Na vrcholu je kráter o průměru 72 km. Pro Mars jsou charakteristické systémy kaňonů vzniklé pohybem kůry. Snímky ze sond ukazují místa, kudy dříve tekla voda. Zdá se, že Mars byl dříve vlhčí a teplejší, než je dnes. Rozpětí teplot, které na Marsu panují (zima ne větší než v Antarktidě) by bylo snesitelné pro některé primitivní formy života žijící na Zemi. Jejich existence se však dosud nepotvrdila. z půl roku na pouhých 72 dní, se začala vytrácet rychleji než virtuální částice z reality. Přesto tu měřitelný efekt zůstal. Nikdo nedokázal vysvětlit, proč je tu stále tahTahový součinitel – koeficient popisující účinnost raketových motorů. Je definován jako poměr tahu motoru k dodávanému výkonu (palivem, svazkem či jinou metodou). Jednotkou je N/W. asi 1.2 mN·kW−1, tah o dva řády vyšší, než by vysvětlovala hybnost unikajících mikrovln. Pro raketového inženýra je taková hodnota asi dost velké zklamání, pro fyziku to však zůstává hozená rukavice, dlužno podotknout, že pořádně tlustá. Pokud by se potvrdilo, že zákon zachování hybnosti není stoprocentní, bylo by už jedno, zda tu jde o mili, či mikronewtony.

V letošním roce se podařilo týmu fyziků z Technické univerzity v Drážďanech pod vedením profesora Martina Tajmara objasnit další zdroj tajemného tahu. Jejich oddělení se orientuje na zkoumání alternativních kosmických pohonů a disponují aparaturou schopnou měřit sílu s přesností 10 nN. Drážďanští postavili vlastní motor s výkonem pouhých 50 W a za běžných podmínek ověřili, že dává tah odpovídající hodnotě plynoucí z původního Shawyerova modelu. Pak motor vyzkoušeli ve vakuu, navíc ve stíněné komoře. Aby eliminovali vše myslitelné, měřili také teploty na různých částech motoru, aby věděli, jakým směrem je tepelná energie vyzařována. Po pečlivém měření došli k zajímavému výsledku. Nějaký nepatrný tah zůstal, ale nezávisel na výkonu motoru. Ať motor testovali při výkonu 50 W nebo nižším, tah zůstával vždy stejný. Projevuje se tu nejspíš nějaký vnější faktor. S velkou pravděpodobností jde o vliv zemského magnetismu na elektrické součástky. Předpokládá se, že až Němci se svou příslovečnou pečlivostí dotáhnou stínění k dokonalosti, poklesne tah motoru na nulu.

Hodí se to k něčemu?

Dnes již panuje obecné přesvědčení, že je problém uzavřen. Nikdo si nedělá iluze, že bude ještě něco významného naměřeno, ať již při dokonalém stínění nebo při testech vyšších výkonů, které původně používal Roger Shawyer. Na nový druh kosmického pohonu, vysmívajícího se Newtonově dynamice, si budeme muset ještě počkat. Je ale dosti pravděpodobné, že se ho nikdy nedočkáme. Mars bude stále vzdálen půl roku cesty, Jupiter ještě dále. Je však jen otázkou času, než uzrají nápady pokoušející se využít k pohybu neobyčejně silnou a rozsáhlou magnetosféruMagnetosféra – oblast magnetického vlivu planety nebo jiného nebeského tělesa. U naší Země je dipólové magnetické pole vytvářeno v jádru elektrickými proudy o řádové hodnotě 109 A. Toto pole je deformováno interakcí se slunečním větrem do charakteristického tvaru – magnetosféry Země. Magnetosféry planet jsou přirozeným ochranným štítem před nabitými částicemi slunečního větru. Jupiteru…

Odkazy

Valid HTML 5 Valid CSS!

Aldebaran Homepage