Ámulnak a tudósok, újra kell írni a tankönyveket, korszakváltás jön az űrutazásban

És persze kidobhatjuk a fizika alaptörvényeit. Na, persze! Az igazság ezzel szemben az, hogy jó nagy kamunak tűnik a NASA „forradalmi” űrhajtóműve.

Épp nemrég írtam az akupunktúrával kapcsolatban arról, hogyan lehetséges az, hogy valaminek léteznek pozitív bizonyítékai, mégis nagyon határozottan állíthatjuk, hogy nem működik. Most épp a NASA nevével hirdetett EmDrive rakétahajtómű kapcsán futottam bele ugyanebbe a szituációba. Persze magában az, hogy a NASA fejlesztéséről van szó, nem sokat jelent. Ez egy hatalmas szervezet, és rengeteg ilyen-olyan módon kapcsolt laboratórium, kutatóintézet és vállalkozás dolgozik a holdudvarában. Ha ezek valamelyikében valamit összekalapálnak, akkor arra lehet mondani, hogy a NASA csinálta.

Mi is az érdekes ebben az EmDrive hajtóműben?

Nos, a jelenlegi űrhajók legnagyobb része úgy működik, hogy egy energiaforrás segítségével a hajtómű lehetőleg nagy sebességgel hátrafelé kibocsát valami anyagot. A hatás-ellenhatás törvénye alapján az űrhajó ilyenkor előrefelé mozdul el. Ha figyelembe vennénk a teljes kilökött hajtóanyag és rakéta tömegét, akkor azt találnánk, hogy ezek együttes tömegközéppontja nem mozdul el. Ez fontos észrevétel! A fizika egy eddig megingathatatlannak tűnő törvényének tűnik az, hogy zárt rendszer tömegközéppontja nem változtatja meg mozgási sebességét és irányát mindaddig, amíg külső erő ennek megváltoztatására nem kényszeríti. De utóbbi esetben persze már nem zárt ez a rendszer.

A fő gond az ilyen rakétameghajtással, hogy cipelni kell a hajtóanyagot, amit majd kilök a hajtómű hátrafelé. Még ha ez nem is feltétlen csak holt tömeg, mert mondjuk ezt elégetve gyorsítjuk fel a hátrafelé kilőtt égéstermékeket, mégiscsak jelentősen megnöveli az űrhajó tömegét. Energiát lehetne nyerni a közeli csillag fényéből vagy egy nukleáris hajtóműből, de ezzel nem megyünk semmire, ha nincs valami, amit hátrafelé kilökhetünk az űrhajóból.

Lehet persze olyan űrhajót építeni, ami önmagában nem zárt rendszer. Ilyen például az űrvitorlás, amelyet a Nap fotonnyomása hajt, mint ahogy a szél hajtja a földi vitorlásokat. Terveznek olyat is, amelyet a Földről ráirányított lézernyaláb tolna egyre távolabb tőlünk. Ezek általában nagyon könnyű kis űreszközök, amelyeknél

a fényforrástól távolodva drasztikusan csökken a hajtóerő.

Az EmDrive egy olyan eszköz lenne, amely maga megtermelné a meghajtáshoz szükséges energiát – mint a mai űrhajók zöme –, de amely nem bocsátana ki magából semmit hátrafelé, mégis gyorsulni tudna előre. A hajtómű maga egy csonka kúp alakú üreg lenne, amelyben a mikrohullámú sütőhöz hasonló elektromágneses hullámok tükröződnének oda-vissza, és ez – valahogy az üreg nem is olyan speciális alakjának is köszönhetően – előrehajtaná a hajtóművet, vele együtt az egész űrhajót.

Ez bizony azt jelentené, hogy az űrhajó – mint zárt rendszer – tömegközéppontja gyorsulni volna képes, ami ellentmond fizikai ismereteinknek, fizikában járatosabbak kedvéért az impulzusmegmaradás elvének.

Ezért aztán a fizikusok zöme nagyon kritikus, annak ellenére, hogy az elmúlt időszakban néhány évenként biztató laboratóriumi kutatási eredmények jelentek meg, amelyek parányi, de mérhető gyorsító erőt mutattak ki. Mindez persze nem az űrben történt, hanem a laborban rögzített próbahajtómű rögzítési pontjain kicsi feszítő, torzító erőt mértek.

Néhány címszóban nézzük meg, hogy mi történt e néhány év alatt szépen sorban:

• R. Shawyer: A mikrohullámú űrhajó-hajtómű elmélete (2006)

• D. Hambling: A kínaiak az mondják, hogy építik a „lehetetlen” hajtóművet – Wired (2008.08.24.)

• D. A., Brady és társai: Rendellenes hajtóerő produkció egy rádiófrekvenciás teszt eszközzel – konferenciaanyag (2014.07.28–30.)

• J. Rodal: A NASA futurisztikus EM hajtóművének elemzése – NASA spacefight.com (2015.04.29.)

• N. Drake és M. Greshko: A NASA csapat azt állítja, hogy a „lehetetlen” űrhajó hajtómű működik. Lássuk a tényeket! – National Geographic (2018.05.22.)

• C. Lee: A NASA EM hajtóműve még mindig egy miafene eszköz – arstechnica (2018.05.21.)

• N. Drake: Tesztelték a NASA „lehetetlen” hajtóművét. Itt vannak az eredmények – National Geographic (2018.05.22.)

• C. Lee: A NASA EM hajtóműve egy mágneses Miafene eszköz – arstechnica (2018.05.21.)

Technikai részletekbe nem mennék bele, mert ez relativitáselmélet, plazmafizika, kvantumelmélet és hasonlók. Azért jelzésértékű néhány visszatérő cikk címeleme: „lehetetlen hajtómű”, „miafene eszköz” (angolul diszkréten „WTF”).

Miért olyan szkeptikus a tudományos közvélemény, amikor a kínaiaktól, amerikaiaktól jönnek a biztató mérési eredmények?

Fafejűség? Ósdi ragaszkodás az ócska, a fejlődést visszafogó elméleteinkhez?

Nem! Azok az elméletek, amelyeknek az EmDrive ellentmondani látszik, elképesztő mennyiségű, különféle megfigyelésen alapulnak. Egyben kiindulási alapot jelentenek olyan eszközöknek, megoldásoknak és előrejelzéseknek, amelyek újra és újra igazolják, hogy helyesek ezek az alapok. A fizikusok nagyon várnak valami újra, de ha ez az új szembemegy a legjobban igazolt tézisekkel, akkor sokkal inkább arra gyanakszanak, hogy nem az eddigi elmélet hibás, hanem hogy valamit félreértettek a kutatók a kísérletek során. Azaz, hogy minden valószínűség szerint a bonyolult kísérleti felállásban egy mellékkörülményt nem vettek figyelembe, és az okozta a parányi mért eltérést a mérésekben, nem pedig a feltételezett hajtóerő.

Pajzánul azt mondhatnám, hogy „basszus, véletlenül a műszernek dőlve hagytuk a létrát, az nyomta a mérleget”. Biztos, hogy nem a létra, de millió ilyen – lehet, hogy nagyon nehezen észrevehető, de végül is banális – mellékkörülmény okozhatja a mért parányi erőt. Az ilyen kísérletekben tulajdonképpen akkor lehetnek biztosak a kutatók abban, hogy nem hagytak valamit számításon kívül, ha a kísérlet azt mutatja, amit az elmélet szerint előre kiszámoltak.

Szóval kellene lennie egy hipotézisnek, amely lehet, hogy még nem igazolt, de amely alapján az adott kísérleti felállításra ki lehet számolni, hogy milyen eredményt várunk. Mekkora és milyen irányú erőt. És ha tervezetten megváltoztatjuk a körülményeket, akkor a hipotézis által újraszámolt eredményeket kell kapnunk a teszt során. Ez lenne a hipotézis tesztje.

Az EmDrive-val épp az a baj, hogy nincs igazán egy olyan hipotézis a működéséről, ami alapján bármi ilyen előzetes számítást el lehetne végezni. Ahogy a mostani médiahírverést elindító új teszteredményekről szóló cikk írja:

„Az … eszköz mikrohullámokat használ egy csonka kúp alakú üregben, és azt állítják, hogy ez hajtóerőt generál. Bár nem tiszta, hogy mindez milyen elméleti háttér alapján működne, mivel a szakirodalomban olvashatunk pár kísérleti eredményről, megér ez egy komolyabb vizsgálatot.”

És a német kutatócsoport el is végezte a szigorú tesztet. Minden eddiginél precízebb eszközt építettek, amely a Shawyer által a kétezres évek elején leírt hipotézis szerint jobb eredményt kellett adjon, mint az eddigi eszközök. A mérési körülményeken is sokat csiszoltak. Majdnem teljesen vákuumban dolgoztak, és a torziós erőmérő mindenféle hibáit is sokkal jobban figyelembe tudták venni.

Hogy nem dolgoztak rosszul, azt az is mutatja, hogy a rejtélyes erő meg is jelent, ahogy bekapcsolták az áramot, pedig épp a lehetséges mellékhatások kivédése miatt még kisebb bemenő teljesítménnyel dolgoztak. Ha megfordították az eszközt, akkor fordított irányú erőt mértek – csakúgy, mint a korábbi kutatók. Az első probléma akkor jelentkezett, amikor a kütyüt olyan irányba fordították, ahogy nem lett volna szabad erőt kifejtenie a mérőeszközre. Ez lett volna a kontrollteszt. De sajnos, mértek erőt.

A furfangos németek még egy kontrollt beterveztek. Minden elektronika, kábel és egyéb kütyü maradt az eredeti, de betettek egy feszültségosztót a mikrohullámú generátor elé. Amikor ezt bekapcsolták, akkor a generátor nem tudta előállítani a meghajtáshoz szükséges mikrohullámokat. A műszer mégis mérte a rejtélyes erőt.

No, most akkor két lehetséges magyarázat van:

• A hajtómű akkor is misztikus erőt fejt ki, amikor úgy fordítják, hogy nem fejthetne ki erőt, és akkor is, amikor nem is töltik ki a mikrohullámok a csonka kúp rezonátort;

• A hajtómű nem fejt ki semmilyen misztikus erőt, a mért eredményt valami eddig fel nem fedezett kísérleti hiba okozza.

Aki azt reméli, hogy mindegy, hiszen így is, úgy is van valami erő, azt el kell szomorítanom. A mérési hiba egy valódi hajtómű esetén, az űrben nem fogja hajtani az űrhajót. Az valahogy a laboratóriumi „mesterségesen speciális” körülmények mellékterméke.

Ugyebár olyan, mint az a kütyünek döntött és ottfelejtett létra.

Persze érdekes kérdés, hogy mégis mi a fene lehet ez a fel nem fedezett hibaforrás, de valójában nem sokat jelent. Leginkább arra gondolnak, hogy a laborban lévő külső elektromágneses térrel lépnek kapcsolatba a kütyü belső elektromos részegységei. Mintegy „belekapaszkodva” az eszközt is átható külső elektromágneses mezőbe, elmozdítják a berendezést. Ez így nem lenne újszerű hajtómű. Ilyesmi az eddigi elfogadott elméletek alapján működne, de odakint a világűrben mindennek nem sok hasznát vennénk.

Az EmDrive hipotézisének hívei is sejtik, hogy zárt rendszerként nem működhetne az eszközük. Úgy gondolják, hogy valahogy az üres térben az elfogadott fizikai elmélet alapján is létező virtuális részecskék lehetnének az a „kapaszkodó” közeg, ami segíthetné a hajtóművet. Az EmDrive valahogy magát a vákuum terét tolná kicsit hátra, miközben ő előremozogna.

A tudósok szerint ez lehetetlen. A vákuum nem ilyen tulajdonságú. Mindez működhet külső elektromágneses térben, de a vákuumban nem, virtuális részecskék ide vagy oda. Azaz az EmDrive hipotézise nem vezethető le az ismert elméletek alapján, és nem is várható, hogy azt valahogy kiegészítve helyes legyen.

Ez tehát tényleg hasonló eset, mint amibe az akupunktúrával futottam. Egy nagyon-nagyon valószerűtlen működési hipotézis, és ezt nem igazán alátámasztó, gyenge, és nem a hipotézis által jósolt irányba mutató mérési eredmények. Igen, mérünk valamit, amit nem tudunk, hogy mi, de ez lehet ezer olyan dolog, ami sokkal valószínűbb, mint egy olyan hatás, ami valós körülmények közt egy űrhajót hajtani lenne képes a világűrben.

Kell-e ilyesmivel foglalkoznia a NASA-nak? Nehéz kérdés!

Azt mondják, hogy a jó üzletember pénzének javát biztos, bár kis hozamú üzletekbe fekteti be. Kisebb részét rizikósabbakba, de amelyektől többet várhat; egy egész kicsit meg valami olyanba, amin szinte biztos bukik, de ha mégsem, akkor megütötte a főnyereményt. A Brady és társai által 2014-ben előadott konferenciaanyag szerint a parányi hatást mutató eszközükkel mindössze nyolc napot kísérletezgettek. Hát ennyit valószínűleg megért, akármilyen kis esélyük is volt! A tudományos közvélemény persze ennyire is vette komolyan.

Az már más kérdés, hogy a napi média ilyen címekkel számolt be róla: „Új korszak jöhet az űrutazásban: működik a hajtómű, aminek a fizika törvényei szerint nem lenne szabad működnie”.

Amikor olyan címekkel találkozunk, hogy „a tudósok ámulnak”, „újra kell írni a fizika tankönyveit” és hasonlók, akkor egy jó adag szkepticizmus nem árt.