1. oldal

Több évnyi munkát követően a NASA Johnson Űrközpontjának egyik csapata fontos mérföldkőhöz ért el egy olyan úton, amelyet sokan teljes vakvágánynak tartottak. A kutatók a héten közzétették első kísérleti eredményeiket azzal az elektromágneses hajtóműrendszerrel kapcsolatban, amely az ígéretek szerint mindenféle hajtóanyag nélkül tudja majd működtetni az űrben haladó járműveket. Az EmDrive-ban mikrohullámok verődnek ide-oda egy zárt kamrában, egy ilyen könnyű motorral pedig az elméletek szerint 70 nap alatt elérhető lehet a Mars.

Az EmDrive-val egyetlen probléma van: működése látszólag ellentmond a klasszikus fizika törvényeinek. Ha a csapat eredményei helyesek, és a koncepció valóban működőképes, akkor sem tudjuk tehát, hogy valójában hogyan működik a rendszer. Az elektromágneses hajtóművel kapcsolatos korábbi bejelentéseket érthető módon szkeptikusan fogadta a szakma. A fizikusok többsége által nemes egyszerűséggel áltudománynak titulált EmDrive-val kapcsolatban elsőként megjelent új tanulmány azonban olyan információkat vonultat fel, amelyek alapján független szakértők is úgy látják, hogy az elképzelés akár működhet is.

Az EmDrive ötletével elsőként nagyjából két évtizede állt elő Roger Shawyer brit kutató, és az ő terveit vették át a NASA mérnökei is. A koncepció lényege a következő: egy kúp alakú kamrában elektromágneses hullámok (jelen esetben mikrohullámú fotonok) verődnek ide-oda. Ahogy a fotonok a kamra falával ütköznek, valamilyen módon előre hajtják a rendszert, annak ellenére, hogy a kamrából látszólag semmilyen energia vagy anyag nem jut ki. (Szemben mondjuk az ionhajtóművekkel, amelyekben a meghajtás töltött részecskék nyalábjai révén valósul meg.)

Ami a praktikus szempontokat illeti, az EmDrive működőképessége azt jelentené, hogy az ezzel felszerelt űrjárműveknek nem kellene nagy mennyiségű hajtóanyagot magukkal vinniük a haladás és a manőverezés biztosításához. Márpedig az űrutazásban az alacsony tömeg a gyors haladás és a költségek leszorításának legfontosabb záloga.

És hogy mi a probléma a rendszerrel fizikai szempontból? Sir Isaac Newton 1687-ben publikálta azt a munkáját, amelyben a klasszikus mechanika alapját jelentő három törvény szerepel. Az azóta eltelt több mint három évszázadban ezeket a törvényeket alapos teszteknek vetették alá, és újra meg újra megerősítették helytállóságukat a szakértők. Az EmDrive viszont minden jel szerint ellentmond Newton harmadik törvényének.

A hatás-ellenhatás tétele azt állítja, hogy ha egy test erőt fejt ki egy másikra, a másik ugyanakkora, ellentétes irányú erőt fog kifejteni az elsőre. Ez magyarázza meg például azt, hogy miért halad előre a csónak, ha valaki evez benne. A lapátok hátrafelé mozgatása nyomán generált erő ellenkező irányba hajtja a csónakot. És ezért működnek a sugárhajtású a hajtóművek is, amelyekben a hátrafelé távozó forró gáz előrefelé mozgatja a járműveket.

Az EmDrive-ból viszont furcsa módon nem távozik semmi, ami nemcsak az említett törvénynek, de lendületmegmaradás newtoni törvényének is ellentmond. Az elektromágneses hajtómű állítólagos működése egyenértékű azzal, mintha egy autó a kormány csapkodása nyomán indulna meg, vagy egy űrhajó attól kezdene mozogni, hogy a legénység belülről nyomja vagy ütögeti a falakat.

A NASA kutatói ennek ellenére 2014-ben arról számoltak be, hogy a korai tesztek alapján a rendszer működőképesnek tűnik. A csapat azóta egyre szigorúbb feltételek mellett próbálta ki az EmDrive-ot, és eredményeik továbbra is pozitívak. A koncepciót közben mások is tesztelték, más amerikai kutatócsoportok, európai és kínai szakértők is létrehozták saját prototípusukat, eddig azonban senki sem tudta meggyőzően igazolni, hogy a hajtómű valóban működik.

A NASA kutatói által most publikált tanulmány annyiban változtatja meg a képet, hogy ez az első szakmunka az EmDrive-val kapcsolatban, amely a pozitív eredményekről egy lektorált folyóiratban számol be. Bár a lektorálás nem garancia arra, hogy az eredmények helyesek, a megjelenés ténye azt jelzi, hogy néhány független szakértő megvizsgálta a kísérleti elrendezést, az eredményeket és ezek értelmezését, és ezek alapján nem talált kivetni valót a tanulmányban.

2. oldal

A kutatók a publikációban arról számolnak be, hogyan tesztelték új hajtóművüket vákuumhoz közeli körülmények között, vagyis ahhoz hasonló környezetben, amilyeneknek az űrben is ki lesz téve a rendszer. A kutatók egy torziós ingára helyezték a hajtóművet, beindították, és az inga mozgásából kiszámolták, hogy a rendszer mekkora tolóerőt generált. Az EmDrive a kísérletek alapján kilowattonként 1,2 mN erő fejlesztésére képes a szerzők állítása szerint.

Ez a tolóerő persze messze elmarad a hagyományos hajtóművekétől, de az elhanyagolhatótól is nagyon távol áll, főleg ha tekintetbe vesszük, hogy mindezt hajtóanyag nélkül éri el. És sokkal hatékonyabb például a napvitorláknál is, amelyeket csillagunk fotonnyomása hajt. Ez utóbbiak hajtóereje alig ezredrésze az EmDrive-énak, nagyjából 3,33–6,67 μN/kW.

A kísérletek során még egy fontos pont tisztázódott. A korábbi tesztek alatt néhány alkalommal azt figyelték, hogy az EmDrive működés közben felmelegszik, így úgy vélték, hogy talán a hőkibocsátás révén valósulhat meg a meghajtás. A NASA kísérletei alapján azonban vákuumban nem észlelhető ez a melegedés, így valami más állhat a háttérben.

Hogy pontosan micsoda, azt egyelőre senki sem tudja. Fontos leszögezni, hogy az egyelőre nem tekinthető bizonyítottnak, hogy az EmDrive valóban képes tolóerőt generálni. Az eredményeket ehhez először más kutatócsoportoknak is meg kell erősíteniük. De ötletek máris vannak arra, hogy amennyiben valóban helyesek a NASA kutatóinak eredményei, milyen módon működhet a hajtómű.

A tanulmány szerzői szerint a mikrohullámú fotonok az úgynevezett kvantum-vákuum virtuális plazma részecskéire fejtenek ki erőt, vagyis olyan részecskékre, amelyek kvantumszinten hol felbukkannak, hol eltűnnek. Ezzel a megközelítéssel csak az a gond, hogy azt semmilyen bizonyíték nem támasztja alá, hogy ez a plazma valóban létezik, mondja Sean Caroll, a Caltech fizikusa. A kvantum-vákuumok létező dolgok, de semmi nem utal arra, hogy ezek plazmát generálnának, amire aztán erőt lehet kifejteni, mondja a kutató.

Mike McCulloch, a Plymouthi Egyetem kutatója szerint az EmDrive működése bizonyíték a tehetetlenség egy újfajta elméletére, amely az úgynevezett Unruh-sugárzáson alapul. Ennek lényege, hogy a gyorsuló tárgyak szemszögéből légüres térben és abszolút nulla fokon is úgy tűnhet, mintha a tárgyat magas hőmérsékletű részecskefelhő venné körül, amelynek hőmérséklete a gyorsulással arányos. McCulloch szerint az EmDrive kúpos formája miatt annak mentén eltérő hullámhosszú Unruh-sugarak fejlődnek, amelyek megváltoztatják a kamra falával ütköző fotonok tehetetlenségét, és ezáltal tolóerőt generálnak.

Az Unruh-effektus létezését azonban még szintén nem sikerült kísérleti úton igazolni. A másik gond ezzel a teóriával, hogy McCulloch modelljében az EmDive belsejében változó határok közt mozog a fénysebesség is, ami viszont Einstein speciális relativitáselméletének mond ellent, mondja Brian Koberlein, a Rochester Műszaki Intézet fizikusa.

Az is lehetséges, hogy gyorsulás közben valamiféle energia termelődik, amely a gyorsuló testben megőrződik. Szintén elképzelhető, hogy ismeretlen gravitációs kölcsönhatásokról vagy a tehetetlenségi tömeg átmeneti fluktuációiról van szó. És persze az sem zárható ki, hogy a NASA szakértői valamit elszúrtak a mérések során.

A múltban számos olyan felfedezésre volt példa, amely látszólag felülírta a fizika törvényeit (gondoljunk csak a fénynél gyorsabb neutrínók esetére), hogy aztán kiderüljön, kísérleti vagy mérési hibák álltak a háttérben. A tanulmány szerzői maguk is felsorolnak néhány tényezőt (kósza légáramlatok, mágneses interakciók stb.), amelyek hamis eredményeket produkálhattak. Egy biztos: a hibák lehetőségének kizárásához újabb kísérletekre lesz szükség. Ahogy az eredmények megerősítéséhez is.