Eine neue Theorie zur Funktionsweise der EmDrive-Engine. Der Motor ist anders möglich

Der berühmte EmDrive (1) dürfe die Gesetze der Physik nicht brechen, sagt Mike McCulloch (2) von der University of Plymouth. Der Wissenschaftler schlägt eine Theorie vor, die eine neue Denkweise über die Bewegung und Trägheit von Objekten mit sehr geringen Beschleunigungen vorschlägt. Wenn er Recht hätte, würden wir den mysteriösen Antrieb am Ende als „nicht träge“ bezeichnen, denn es ist die Trägheit, also die Trägheit, die den britischen Forscher beschäftigt.

Trägheit ist charakteristisch für alle Körper, die Masse haben, auf eine Richtungsänderung oder auf Beschleunigung reagieren. Mit anderen Worten, die Masse kann als Maß für die Trägheit betrachtet werden. Obwohl dies für uns ein bekanntes Konzept zu sein scheint, ist seine eigentliche Natur nicht so offensichtlich. McCullochs Konzept basiert auf der Annahme, dass Trägheit auf einen Effekt zurückzuführen ist, der von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt wird Strahlung von UnruhDabei handelt es sich um Schwarzkörperstrahlung, die auf beschleunigende Objekte einwirkt. Andererseits können wir sagen, dass die Temperatur des Universums zunimmt, wenn wir beschleunigen.

2. Mike McCulloch von der University of Plymouth

Laut McCulloch ist Trägheit einfach der Druck, den die Unruh-Strahlung auf einen beschleunigenden Körper ausübt. Der Effekt ist bei den Beschleunigungen, die wir normalerweise auf der Erde sehen, schwer zu untersuchen. Sichtbar wird dies laut dem Wissenschaftler erst, wenn die Beschleunigungen kleiner werden. Bei sehr geringen Beschleunigungen sind die Unruh-Wellenlängen so groß, dass sie nicht mehr in das beobachtbare Universum passen. Wenn dies geschieht, argumentiert McCulloch, kann die Trägheit nur bestimmte Werte annehmen und von einem Wert zum anderen springen, was zu Recht an Quanteneffekte erinnert. Mit anderen Worten muss die Trägheit als Komponente kleiner Beschleunigungen quantisiert werden.

McCulloch glaubt, dass sie durch Beobachtungen seiner Theorie bestätigt werden können. seltsame Geschwindigkeitssprünge beobachtet beim Durchgang einiger erdnaher Weltraumobjekte zu anderen Planeten. Es ist schwierig, diesen Effekt auf der Erde gründlich zu untersuchen, da die damit verbundenen Beschleunigungen sehr gering sind.

Was den EmDrive selbst betrifft, so basiert McCullochs Konzept auf der folgenden Idee: Wenn Photonen eine Masse haben, sollten sie bei der Reflexion Trägheit erfahren. Allerdings ist die Unruh-Strahlung in diesem Fall sehr gering. So klein, dass es mit seiner unmittelbaren Umgebung interagieren kann. Im Fall von EmDrive ist dies der Kegel des „Motor“-Designs. Der Kegel ermöglicht am breiteren Ende eine bestimmte Länge der Unruh-Strahlung und am schmaleren Ende eine kürzere Strahlungslänge. Da die Photonen reflektiert werden, muss sich ihre Trägheit in der Kamera ändern. Und aus dem Prinzip der Impulserhaltung, das entgegen der häufigen Meinung über EmDrive in dieser Interpretation nicht verletzt wird, folgt, dass auf diese Weise Traktion erzeugt werden sollte.

McCullochs Theorie kann auf mindestens zwei Arten experimentell überprüft werden. Erstens: Platzierung eines Dielektrikums in der Kammer – dies sollte die Effizienz des Antriebs erhöhen. Zweitens, so der Wissenschaftler, könne eine Veränderung der Kammergröße die Richtung des Schubes verändern. Dies geschieht, wenn die Unruh-Strahlung besser für das schmalere Ende des Kegels geeignet ist als für das breitere. Ein ähnlicher Effekt kann durch eine Änderung der Frequenz der Photonenstrahlen im Inneren des Kegels verursacht werden. „Bei einem aktuellen NASA-Experiment kam es bereits zu einer Schubumkehr“, sagt der britische Forscher.

McCullochs Theorie beseitigt einerseits das Problem der Impulserhaltung und steht andererseits am Rande des wissenschaftlichen Mainstreams. (typische Randwissenschaft). Aus wissenschaftlicher Sicht ist die Annahme, dass Photonen eine träge Masse haben, umstritten. Darüber hinaus sollte sich logischerweise die Lichtgeschwindigkeit innerhalb der Kammer ändern. Das ist für Physiker ziemlich schwer zu akzeptieren.

3. Funktionsprinzip des EmDrive-Motors

Es funktioniert, erfordert aber weitere Tests

EmDrive war ursprünglich die Idee von Roger Scheuer, einem der bedeutendsten Luftfahrtexperten Europas. Er präsentierte diesen Entwurf in Form eines konischen Behälters. Ein Ende des Resonators ist breiter als das andere und seine Abmessungen sind so gewählt, dass elektromagnetische Wellen einer bestimmten Länge Resonanz erzeugen. Infolgedessen müssen diese Wellen, die sich zum breiteren Ende hin ausbreiten, schneller werden und zum schmaleren Ende hin langsamer werden (3). Es wird angenommen, dass sie aufgrund der unterschiedlichen Geschwindigkeit der Wellenfrontverschiebung einen unterschiedlichen Strahlungsdruck auf die gegenüberliegenden Enden des Resonators ausüben und somit eine Nicht-Null-Zeichenfolge, die das Objekt verschiebt.

Der bekannten Physik zufolge kann der Impuls jedoch nicht zunehmen, wenn keine zusätzliche Kraft angewendet wird. Theoretisch nutzt EmDrive das Phänomen des Strahlungsdrucks. Die Gruppengeschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle und damit die von ihr erzeugte Kraft können von der Geometrie des Wellenleiters abhängen, in dem sie sich ausbreitet. Wenn man nach Scheuers Idee einen konischen Wellenleiter so baut, dass sich die Geschwindigkeit der Welle an einem Ende deutlich von der Geschwindigkeit der Welle am anderen Ende unterscheidet, dann erhält man durch die Reflexion dieser Welle zwischen den beiden Enden ein Unterschied im Strahlungsdruck, d.h. ausreichend Kraft, um Traktion zu erreichen. Laut Shayer, EmDrive verstößt nicht gegen die Gesetze der Physik, sondern nutzt Einsteins Theorie – der Motor befindet sich in einem anderen Bezugsrahmen als die „arbeitende“ Welle in ihm.

Bisher wurden nur sehr kleine Exemplare gebaut EmDrive-Prototypen mit einer Zugkraft in der Größenordnung von Micronews. Eine ziemlich große Forschungseinrichtung, die Xi'an Northwestern Polytechnic University in China, führte Experimente mit einem Prototypmotor mit einer Schubkraft von 720 μN (Mikronewton) durch. Das ist vielleicht nicht viel, aber einige in der Astronomie eingesetzte Ionentriebwerke erzeugen nicht mehr.

4. EmDrive 2014-Test.

Die von der NASA getestete Version von EmDrive (4) ist das Werk des amerikanischen Designers Guido Fetti. Vakuumtests des Pendels bestätigten, dass es eine Schubkraft von 30–50 µN erreicht. Das Eagleworks Laboratory befindet sich im Lyndon B. Johnson Space Center in Houston. bestätigte seine Arbeit im luftleeren Raum. NASA-Experten erklären die Funktionsweise des Triebwerks durch Quanteneffekte, genauer gesagt durch die Wechselwirkung mit Materie- und Antimaterieteilchen, die entstehen und sich dann im Quantenvakuum gegenseitig vernichten.

Die Amerikaner wollten lange Zeit nicht offiziell zugeben, dass sie den von EmDrive erzeugten Schub beobachtet hatten, weil sie befürchteten, dass der ermittelte geringe Wert auf Messfehler zurückzuführen sein könnte. Daher wurden die Messmethoden verfeinert und das Experiment wiederholt. Erst nach all dem bestätigte die NASA die Ergebnisse der Studie.

Wie die International Business Times jedoch im März 2016 berichtete, sagte einer der an dem Projekt beteiligten NASA-Mitarbeiter, dass die Agentur plane, das gesamte Experiment mit einem separaten Team zu wiederholen. Dadurch kann sie die Lösung endlich testen, bevor sie sich entscheidet, mehr Geld in sie zu investieren.