Wanneer een NASA ingenieur kondigt een nieuwe en revolutionaire motor aan die ons naar de sterren kan brengen, het is gemakkelijk om enthousiast te worden. Maar de demonen zitten in de details en als je naar het eigenlijke artikel kijkt, zien de dingen er veel minder veelbelovend uit.
Om te beginnen is het artikel een schets van een idee, geen peer-reviewed werk. Zoals de auteur David Burns op de laatste pagina opmerkt, is het basisconcept niet bewezen, is het niet beoordeeld door experts en kunnen er wiskundige fouten bestaan. De door Burns voorgestelde 'helixmotor' zou ook een reactievrije aandrijving zijn, vergelijkbaar met de EM-aandrijving, en zou dus de derde bewegingswet van Newton schenden. Het zou gemakkelijk zijn om het werk gewoon te negeren en verder te gaan, maar ik zou graag naar de details willen kijken omdat het een interessant (hoewel gebrekkig) idee is.
Laten we beginnen met reactievrije schijven in het algemeen. Zowel deze Helical Engine als de EM-Drive ervoor zijn 'reactieloos', omdat ze, in tegenstelling tot traditionele raketten en stuwraketten, geen drijfgas uitstoten. In hun hart zijn alle raketten gebaseerd op de derde bewegingswet van Newton, die zegt dat voor elke kracht die je op je raket uitoefent, er een gelijke tegenkracht op iets anders moet worden uitgeoefend. Voor een raket is dat een soort brandstof. Gooi met hoge snelheid heet gas uit de achterkant van je raket en volgens de derde wet van Newton beweegt de raket vooruit. Makkelijk.
Het probleem hiermee is dat je, om je raket echt snel op gang te krijgen, een hoop brandstof bij je moet hebben. De Saturn V moest bijvoorbeeld ongeveer 20 kg brandstof verbranden voor elke 1 kg laadvermogen om de maan te bereiken.
Hoe verder je reist, hoe erger het wordt. Als je een sonde naar de dichtstbijzijnde sterren wilt sturen, heb je voor elke kilo laadvermogen ongeveer 2.000 kilogram brandstof nodig en duurt je reis nog steeds 100.000 jaar. Het is dus veilig om te zeggen dat traditionele raketten ons niet naar de sterren brengen.
Een reactievrije aandrijving is anders. Het zou je raket stoten zonder brandstof uit de achterkant te gooien, dus je hebt al dat extra gewicht niet nodig. Het enige wat je nodig hebt is stroom, die je zou kunnen krijgen van zonnepanelen of een fusiereactor. De verhouding tussen brandstof en laadvermogen zou in feite 1 op 1 zijn. Het enige nadeel is dat reactievrije aandrijvingen de derde wet van Newton schenden.
Nu zou je kunnen stellen dat Einstein Newton ongelijk bewees, wat waar is, maar Einsteins relativiteitstheorie stemt overeen met de derde wet van Newton. Dat geldt ook voor de kwantumtheorie. Als reactievrije aandrijvingen werken, dan zijn drie eeuwen natuurkunde verkeerd.
Fans van de EM-Drive beweren precies dat. De EM-Drive werkt, zeggen ze, dus de derde wet van Newton is verkeerd. Periode. Wat deze nieuwe Helical Engine interessant maakt, is dat het, in plaats van simpelweg de derde wet van Newton te overtreden, Newton tegen zichzelf probeert te spelen met behulp van relativistische massa.
Het basisidee is om een massa heen en weer te bewegen binnen een raket, zoals een bal heen en weer stuiteren. Als je dat met een normale massa zou doen, als de bal de voorkant van de raket raakt, beweegt de raket een beetje naar voren en als de bal de achterkant raakt, beweegt de raket een beetje terug. Met andere woorden, de raket wankelt gewoon naar voren en naar achteren terwijl de bal heen en weer stuitert.
Burns stelt voor om dit te doen met deeltjes in een spiraalvormige deeltjesversneller. Dus terwijl de deeltjes de helix op en neer gaan, beweegt de raket volgens de derde wet van Newton. Maar Burns stelt ook voor om de deeltjes te versnellen tot bijna de lichtsnelheid omdat ze zich aan de voorkant van de raket bevinden en ze aan de achterkant te vertragen. Relativiteit zegt dat deeltjes die met de snelheid van het licht bewegen een grotere massa hebben dan langzamere deeltjes, dus ze zijn aan de voorkant van de raket zwaarder dan aan de achterkant.
Terugkomend op de analogie met de bal, zou dit zijn alsof je bal op magische wijze massa wint voordat hij de voorkant van de raket raakt, en massa verliest voordat hij de achterkant raakt. Volgens de wetten van Newton betekent dit dat de bal de raket een grotere duw naar voren zou geven dan achteruit, en dat de raket naar voren zou versnellen.
Als je een magische massaveranderende bal zou kunnen gebruiken, zou dit idee werken. Maar de relativiteitstheorie voldoet nog steeds aan de derde wet van Newton, dus het idee werkt niet in de echte wereld. Burns heeft gelijk dat er een fout in zijn paper zit, maar het is een subtiele.
Zijn ontwerp versnelt alleen de cirkelvormige beweging van de deeltjes, dus hij gaat ervan uit dat hun snelheid voorwaarts en achterwaarts langs de as van de raket constant moet blijven. Maar in relativiteit, als de massa van de deeltjes toeneemt, zou hun snelheid langs de as vertragen. Dit komt door de relativistische effecten van tijdsdilatatie en lengtecontractie. Hierdoor geven de deeltjes de raket aan beide uiteinden een gelijke duw. De theorieën van Einstein laten je niet rond Newton reizen.
In alle eerlijkheid, Burns wist dat zijn idee een lang shot was en daarom heeft hij het ter beoordeling voorgelegd aan anderen. Dat is waar wetenschap om draait. Dat is ook waarom het de moeite waard is om een beetje opgewonden te raken wanneer dit soort ideeën naar voren worden gebracht. De meeste van hen zullen falen, maar op een dag zal het misschien werken. We zouden toch bij de sterren kunnen komen, maar alleen als we bereid zijn om nieuwe ideeën te blijven testen.
Bron: Helical Engine van David Burns
