قانون سوم نیوتن به چالش کشیده می‌شود

قسمت دوم

قسمت اول

آلن کولن از کالج لندن در دهه ی 50 میلادی نظریه اولیه را بیان کرد اما مهندسی به نام رابرت شاویر در سال 2001 مرکز تحقیقات پیشرانش ماهواره‌ها را بازگشایی کرد و در همان سال ایده‌ی پیشران بدون نیروی عکس‌العمل را مطرح نمود. در حقیقت خالق واقعی EmDrive همین مهندس انگلستانی است که برای اثبات ایده‌ی خود پیشران‌هایی هم ساخت. او به سختی تلاش کرد تا نشان دهد که اندازه‌گیری‌ها کاملاً دقیق هستند و نتیجه‌ی عجیب ایده‌اش تحت تأثیر عواملی مثل اصطکاک، یونیزه شدن، جریان هوا، آثار الکترومغناطیسی و تداخل شکل نگرفته است. در نهایت در سال 2003 عدد 16 میلی‌نیوتن را به عنوان نیروی پیشران ثبت کرد. عدد بسیار کوچکی است ولی نشان می‌دهد که ایده‌ی تخیلی وی کاملاً هم تخیلی نبوده است.

رابرت شاویر انگلستانی به خاطر ایده‌ی عجیب و خنده‌دارش مورد انتقاد شدید قرار گرفت و کم‌توجهی‌ها را تحمل کرد تا امروز، امروزی که تیمی از دانشمندان دانشگاه پلی‌تکنیک شمال غرب چین EmDrive را ساختند و نیروی پیشرانی در حد 720 میلی‌نیوتن به دست آوردند. البته توجه کنید که چند کیلووات انرژی برای ایجاد همین نیروی کوچک استفاده می‌شود.

تحلیل دانشمندان علوم نسبیت و فیزیک و مکانیک این است که هیچ ماشینی نباید قانون سوم نیوتن یا به عبارتی پایستگی مومنتوم را نقض کند. البته خود شاویر بر این باور است که ماشین وی این قانون را نقض نمی‌کند! او در بخش سوالات متداولی که در مورد ماشینش پرسیده می‌شود، می‌گوید مومنتومی (یا به عبارتی حرکت) که امواج مایکروویو از دست می‌دهند، همان مومنتومی است که باعث حرکت ماشین می‌شود. بنابراین در مجموع مومنتوم سیستم ثابت باقی می‌ماند.

اما برخی مخالفین مصرانه می‌گویند ماشین وی دارای خطاست و قانون سوم نیوتن را نقض می‌کند. مخالفین می‌گویند ماشین او در عمل نمی‌تواند حرکت کند و مومنتومی نخواهد داشت. همه‌ی نیروی‌های داخلی با هم خنثی می‌شوند. به همین علت او در سال 2006 ویدیویی منتشر کرد که نشان می‌داد ماشین وی واقعاً کار می‌کند اما تنها یک ویدیو آن هم بدون ناظر چندان علمی به حساب نمی‌آید.

به هر حال یا نظر وی درست است و یا قانون سوم نیوتن یا در حقیقت مکانیک نیوتونی، روابط ماکسول، نسبیت خاص و مکانیک کوانتومی همه تحت تأثیر آن قرار می‌گیرند و اثبات می‌شود که همه دارای خطا بوده و کامل نیستند.

اما اهمیت EmDrive در صنعت ماهواره چیست؟ همان‌طور که می‌دانید ماهواره‌ها با مصرف سوختی بسیار زیاد، به مدار مورد نظر خود پرتاب می‌شود. غالباً بیش از 90 درصد وزن یک پرتابگر ماهواره را سوخت تشکیل می‌دهد. اگر بتوان از EmDrive استفاده کرد، ممکن است هزینه‌ی پرتاب ماهواره‌ها نصف شود و این یک پیشرفت بنیادی در علوم هوافضا به حساب می‌آید.

ممکن است در ذهنتان این سوال مطرح شود که ایجاد نیروی 720 میلی‌نیوتن با استفاده از 2.5 کیلووات مصرف انرژی اصلاً به صرفه نیست. اما در دنیای فضاپیماها چنین ارقامی چندان عجیب هم نیستند، به عنوان مثال ناسا در مأموریت JIMO می‌خواست از پیشران یونی به نام HiPEP استفاده کند که با مصرف 25 تا 50 کیلووات انرژی، تنها 460 الی 670 میلی‌نیوتن پیشرانش ایجاد می‌کرد. و مشکل دیگر اینکه این پیشران از گاز زنون به عنوان جرم عکس‌العمل استفاده می‌کرد و اگر گاز تمام می‌شد، پیشران دیگر کار نمی‌کرد.

یکی دیگر از طرح‌های عجیب شاویر، پیشرانی مبتنی بر مافوق هادی‌هاست و شاید تا سال 2016 آماده شود. این روش یک فاکتور مربوط به حفره به نام Q که مقدار نیروی پیشرانش تولید شده را تعیین می‌کند، افزایش می‌دهد. او مدعی است که با به کارگیری روش جدیدش نیروی پیشران تولید شده در حد چند هزار برابر افزایش می‌یابد و لذا با استفاده از هر کیلووات توان، نیرویی در حد چند تن به دست خواهد آمد.

منابع: ویکیپدیا، زومیت، alienresearchcorp