قانون سوم نیوتن به چالش کشیده می شود

قسمت اول

اگر چنین چیزی عمومیت پیدا کند، کاربرد آن بسیار گسترده خواهد شد. نه تنها در پرتاب ماهواره‌ها بلکه در کاربردهایی بسیار ساده‌تر مثل ماشین‌های پرنده هم می‌توان از EmDrive استفاده کرد.

در این پروژه یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه پلی‌تکنیک شمال غرب در ژیان و به رهبری یانگ یوآن شرکت داشتند. نتیجه‌ی کار ماشینی به نام EmDrive است که قانون سوم نیوتن را نقض می‌کند، البته سازنده‌ی اصلی آن چنین اعتقادی ندارد. بارها شده که افراد مختلف سعی کردند ماشینی بدون نیروی عمل و عکس‌العمل بسازند ولی قانون سوم نیوتن سد محکمی در برابر ایده‌های آنها بوده است. اما این پیشران مایکروویو به مرحله‌ی ساخت و آزمایش هم رسیده است و همین موضوع، آن را شگفت‌انگیز می‌کند.

بگذارید بیشتر توضیح دهیم. موتور یک ماشین عادی را در نظر بگیرید. سوخت درون محفظه یا اصطلاحاً سیلندر مشتعل می‌شود. می‌سوزد و گازهای حاصل از احتراق فشار زیادی به دیواره‌ها وارد می‌کنند. تمام دیواره‌ها به جز پیستون ثابت هستند و تنها پیستون است که حرکت می‌کند. قانون سوم نیوتن می‌گوید عکس‌العمل نیروی پیستون باید وجود داشته باشد، وجود هم دارد و به سطح بالای سیلندر که روبروی پیستون است وارد می‌شود.

مثال دیگر، یک موتور جت یا موشک را در نظر بگیرید، سوخت مشتعل می‌شود و موشک را به جلو هدایت می‌کند. اما عکس‌العمل نیروی پیشرانی که به موشک سرعت می‌دهد کجاست؟ بله، همان گاز پرفشاری است که در جهت مخالف وارد هوا می‌شود. اصطلاحاً به اینگونه عکس‌العمل‌ها می‌توان جرم عکس‌العمل هم گفت، جرمی که با سرعت در جهت مخالف پرتاب می‌شود و ماشین را به جلو هدایت می‌کند.

اما EmDrive با قانون سوم نیوتن میانه‌ی خوبی ندارد. اگر دقیق‌تر بگوئیم، ایده‌ی تولید ماشینی که بدون نیروی محرک کار کند، بیشتر یک شوخی علمی به حساب می‌آید تا ایده‌ای جدید و جنجالی. اما بهتر است نگاهی به داخل ماشین مخروطی شکل چینی‌ها بیندازیم و نحوه‌ی کارش را بررسی کنیم.

یک محفظه‌ی بسته که از بیرون شبیه یک مخروط ناکامل است، در کنار محفظه محلی برای وارد شدن موج مایکروویو قرار گرفته است. موج وارد می‌شود و به دیواره‌ها ضربه می‌زند. بازتاب می‌شود و باز هم ضربه‌ها تکرار می‌شوند. در نهایت نیروی پیشران در جهت سطح دایروی بزرگ مخروط ایجاد می‌شود.

از قانون سوم نیوتن می‌توان نتیجه گرفت که یک سیستم بسته که با دنیای خارج از خود رابطه‌ی عمل و عکس‌العمل ندارد، نمی‌تواند پیشرانش ایجاد کند. در واقع برآیند تمام نیروهایی فشاری که از برخورد مایکروویو با دیواره‌های حفره ایجاد می‌شود، صفر است. لذا در مجموع هیچ پیشرانشی نخواهیم داشت. با این وجود EmDrive کار می‌کند چرا که مایکروویوها یک سرعت جمعی دارند که با تغییر شعاع مخروط، تغییر می‌کند. در نهایت همین سرعت گروهی امواج الکترومغناطیسی که در یک جهت خاص بیشتر از دیگر جهات است، پیشرانشی به سمت سطح بزرگ مخزن ایجاد خواهد کرد. اینجا جایی است که قانون نسبیت اینشتین وارد می‌شود و کارکرد چنین ماشینی را توجیه می‌کند. به همین علت است که نام دیگر این ماشین Reletivity Drive یا رانش نسبیتی است.

بخش دانش و زندگی تبیان

منبع: زومیت