Quando un NASA l'ingegnere annuncia un motore nuovo e rivoluzionario che potrebbe portarci alle stelle, è facile emozionarsi. Ma i demoni sono nei dettagli e quando guardi l'articolo reale le cose sembrano molto meno promettenti.
Per cominciare, l'articolo è uno schema di un'idea, non un lavoro sottoposto a revisione paritaria. Come sottolinea l'autore David Burns nell'ultima pagina, il concetto di base non è dimostrato, non è stato rivisto da esperti e potrebbero esserci errori matematici. Il "motore elicoidale" proposto da Burns sarebbe anche una spinta senza reazione simile all'EM-Drive, e quindi violerebbe la terza legge del movimento di Newton. Sarebbe facile licenziare il lavoro e andare avanti, ma mi piacerebbe guardare i dettagli perché è un'idea interessante (anche se imperfetta).
Cominciamo con le unità senza reazione in generale. Sia questo motore elicoidale che l'EM-Drive prima sono "senza reazione", perché a differenza dei razzi e dei propulsori tradizionali non espellono il propellente. Nel loro cuore, tutti i razzi si basano sulla terza legge del moto di Newton, che dice che per qualsiasi forza che applichi al tuo razzo deve esserci una contro-forza uguale applicata a qualcos'altro. Per un razzo, è una specie di carburante. Lancia gas caldo dall'estremità posteriore del tuo razzo ad alta velocità e, con la terza legge di Newton, il razzo avanza. Vai tranquillo.
Il problema è che per far funzionare il tuo razzo molto velocemente, devi portare un sacco di carburante con te. Il Saturno V, ad esempio, doveva bruciare circa 20 chilogrammi di carburante per ogni 1 chilogrammo di carico utile solo per raggiungere la Luna.
Le cose peggiorano quanto più viaggi. Se volessi inviare una sonda alle stelle più vicine, avresti bisogno di circa 2.000 chilogrammi di carburante per ogni chilogrammo di carico utile e il tuo viaggio durerebbe ancora 100.000 anni. Quindi è sicuro dire che i razzi tradizionali non ci porteranno alle stelle.
Un'unità senza reazione è diversa. Fornirebbe spinta al tuo razzo senza gettare benzina sul retro, quindi non hai bisogno di tutto quel peso extra. Tutto ciò di cui hai bisogno è l'energia che potresti ottenere dai pannelli solari o da un reattore a fusione. Il rapporto tra carburante e carico utile sarebbe sostanzialmente da 1 a 1. L'unico aspetto negativo è che le pulsioni senza reazione violano la terza legge di Newton.
Ora, potresti argomentare che Einstein dimostrò che Newton aveva torto, il che è vero, ma la teoria della relatività di Einstein concorda con la terza legge di Newton. Anche la teoria quantistica. Se le pulsioni senza reazione funzionano, allora tre secoli di fisica sono sbagliati.
I fan di EM-Drive sostengono esattamente questo. L'EM-Drive funziona, dicono, quindi la terza legge di Newton è sbagliata. Periodo. Ciò che rende interessante questo nuovo motore elicoidale è che, piuttosto che violare semplicemente la terza legge di Newton, cerca di giocare a Newton contro se stesso usando la massa relativistica.
L'idea di base è di spostare una massa avanti e indietro all'interno di un razzo, come far rimbalzare una palla avanti e indietro. Se lo facessi con una massa normale, quando la palla colpisce la parte anteriore del razzo, il razzo si sposta un po 'in avanti e quando la palla colpisce la parte posteriore il razzo si sposta un po' indietro. In altre parole, il razzo oscillerebbe avanti e indietro mentre la palla rimbalza avanti e indietro.
Burns propone di farlo con particelle in un acceleratore di particelle elicoidale. Così mentre le particelle salgono e scendono dall'elica, il razzo si muove secondo la Terza Legge di Newton. Ma Burns propone anche di accelerare le particelle quasi alla velocità della luce in quanto sono nella parte anteriore del razzo e rallentandole sul retro. La relatività dice che le particelle che si muovono vicino alla velocità della luce hanno una massa maggiore delle particelle più lente, quindi sono più pesanti nella parte anteriore del razzo che nella parte posteriore.
Tornando all'analogia della palla, sarebbe come se la tua palla magicamente guadagnasse massa prima di colpire la parte anteriore del razzo e perdere massa prima di colpire la parte posteriore. Secondo le leggi di Newton, questo significa che la palla darebbe al razzo una spinta maggiore in avanti che all'indietro, e il razzo accelererebbe in avanti.
Se potessi usare una palla magica che cambia massa, questa idea funzionerebbe. Ma la relatività obbedisce ancora alla terza legge di Newton, quindi l'idea non funziona nel mondo reale. Burns ha ragione sul fatto che c'è un errore nel suo documento, ma è sottile.
Il suo design accelera solo il movimento circolare delle particelle, quindi assume che la loro velocità in avanti e indietro lungo l'asse del razzo debba rimanere costante. Ma in relatività, all'aumentare della massa delle particelle, la loro velocità lungo l'asse rallenterebbe. Ciò è dovuto agli effetti relativistici della dilatazione del tempo e della contrazione della lunghezza. Di conseguenza, le particelle danno al razzo una spinta uguale ad entrambe le estremità. Le teorie di Einstein non ti permettono di aggirare Newton.
In tutta onestà, Burns sapeva che la sua idea era una possibilità, ed è per questo che l'ha messa in circolazione per essere rivista da altri. Ecco di cosa si tratta la scienza. Questo è anche il motivo per cui vale la pena emozionarsi un po 'quando vengono proposte idee come questa. La maggior parte fallirà, ma un giorno potrebbe funzionare. Dopotutto potremmo arrivare alle stelle, ma solo se siamo disposti a continuare a testare nuove idee.
Fonte: Helical Engine di David Burns
