FOTO: YouTube/Wikipedia

NASA-ini stručnjaci prošli su tjedan ostvarili nešto što su mnogi znanstvenici smatrali nemogućom misijom – objavili su rad u recenziranom znanstvenom časopisu iz kojeg bi se moglo zaključiti da njihova verzija elektromagnetskog SF pogona, poznatog kao EmDrive, funkcionira. No je li to uistinu tako?

Prema studiji objavljenoj u časopisu Journal of Propulsion and Power, EmDrive elektricitetom stvara potisak bez ikakve potrebe za sagorijevanjem goriva i izbacivanjem nastalih plinova. On jednostavno pretvara struju u mikrovalove koji se odbijaju od stijenki zatvorenog stožastog spremnika, a u tom procesu stvara se malen, ali mjerljiv potisak u smjeru njegova užeg dijela. Kada bi se nalaz NASA-inog tima potvrdio i usavršio, koncept bi trebao omogućiti konstrukciju svemirskih letjelica koje ne bi morale nositi goleme terete goriva što bi pak značilo da bi jednoga dana ljudi u njima mogli putovati mnogo jeftinije i brže – primjerice, do Marsa bi mogli stizati za samo 70 dana.

Vijest je oduševila brojne poklonike SF-a i svemirskih putovanja. Mnogi su požurili zaključiti da je činjenica da su rad recenzirali ozbiljni neovisni stručnjaci i dali mu zeleno svjetlo konačna potvrda da EmDrive, kojega su kritičari nerijetko nazivali različitim pežorativnim imenima poput 'WTF Drive' ili 'nemogući pogon', ipak radi. Neki među njima u svojem su entuzijazmu otišli još dalje pa su objavili da je time ostvaren san Nikole Tesle o besplatnoj energiji, mada ta dva koncepta nemaju nikakve veze.

No u znanstvenoj zajednici nova studija nije naišla na iste razine oduševljenja. Tek nekoliko ozbiljnijih fizičara prihvatilo je kakvu-takvu mogućnost da rezultati eksperimenta možda nisu posljedica grešaka u mjerenjima.

Možemo se pitati zašto je rad naišao na tako podijeljen prijem? (Ako se izgubite u nekom predstavljenom tumačenju ne gubite hrabrost, možda stvari postanu jasnije u nastavku)

Što je EmDrive?

EmDrive je prije 20-ak godina prvi predstavio britanski znanstvenik Roger Shawyer. Šira javnost za njega je saznala 2014. kada je NASA-in tim iz Eagleworksa objavio rane rezultate koji su pokazali da funkcionira.

Pogon je u međuvremenu testiralo više skupina stručnjaka u Europi, SAD-u i Kini. Zapravo se širom svijeta razvila cijela zajednica 'emdrajvovaca' koji istražuju njegove različite inkarnacije. Potisak je utvrđen u više eksperimenata, međutim, ne u takvim uvjerljivim uvjetima i s tako jasnim rezultatima da bi se mogla isključiti mogućnost pogrešaka u mjerenjima. Bilo je pak i eksperimenata koji su demantirali nalaze drugih.

Pojednostavnjeno govoreći EmDrive navodno stvara potisak tako što proizvodi mikrovalove koji se odbijaju od stijenki zatvorenog stožastog kućišta. U svojim sudarima s kućištem fotoni elektromagnetskog zračenja na neki nerazjašnjen način pokreću uređaj prema naprijed iako s druge strane ne izlaze van. Za razliku od njega, uobičajeni raketni i ionski motori kakve koriste NASA-ine letjelice, stvaraju potisak tako što s druge strane izbacuju plinove nastale izgaranjem ili pak ionizirane čestice goriva, uglavnom plina ksenona. Jednostavnim jezikom pogonsko gorivo izgara u raketnom motoru, a budući da nastali plinovi zauzimaju mnogo veći prostor od samog goriva, oni velikim brzinama izlijeću kroz sapnice motora. Na taj način stvaraju potisak koji tjera raketu u suprotnom smjeru.

Zašto otpor među znanstvenicima? 

Na samom početku treba istaknuti da to što je rad objavljen u recenziranom časopisu ne znači da su znanstvenici koji su ga proučili i dali mu svoj potpis za objavljivanje potvrdili da EmDrive uistinu radi. Oni su samo ocijenili da su eksperimenti, od samog postava preko mjerenja do izviješća, odrađeni u skladu sa standardnim procedurama.

Ključni razlog skepticizma u znanstvenoj zajednici treba tražiti u činjenici da navedeni način na koji navodno funkcionira EmDrive nije u skladu s poznatim zakonima fizike, a slično vrijedi čak i za neke pokušaje hipotetskih tumačenja mehanizma njegova rada.

Prije svega ideja da motor stvara potisak, a da pritom s druge strane ne izbacuje nikakvo pogonsko gorivo, čak ni fotone, u suprotnosti je s Newtonovim zakonom o očuvanju momenta, odnosno količine gibanja. Naime, Isaac Newton je 1687. objavio tri zakona o kretanju koji predstavljaju same temelje klasične mehanike, a jedan od njih kaže da svaka akcija mora imati jednaku i suprotnu reakciju. Drugim riječima ako dvoje ljudi jednake težine stoji na klizaljkama pa jedan gurne drugoga, oba će se pokrenuti jednakim brzinama, ali u suprotnim smjerovima  Na tom principu djeluju klasični raketni motori – plinovi izgorjelog goriva izbacuju se u jednom smjeru, a raketa leti u suprotnom. No prema istom tom zakonu nemoguće je pokrenuti automobil guranjem sa stražnjeg sjedala u prednje sjedalo. Potrebno je da čovjek bude izvan automobila i da istovremeno gura Zemlju u suprotnom smjeru. A EmDrive 'funkcionira' upravo kao guranje automobila sa stražnjeg sjedala.

Štoviše, kada bi zakon o očuvanju momenta bio prekršen, pao bi i zakon o očuvanju energije, a to bi značilo da ne vrijedi niti temeljna simetrija svemira koja ih uzrokuje. Drugim riječima, zakoni fizike ne bi vrijedili u svim referentnim sustavima jednako – u nekom sustavu koji je pomaknut u odnosu na naš, oni bi mogli biti drugačiji (grafika dolje). To bi pak značilo da bi zakoni fizike ovisili o položaju, iz čega bi proizlazilo da su krivi ne samo Newtonovi zakoni već i teorija relativnosti i Maxwelove jednadžbe, uopće, raspali bi se sami temelji fizike. Takvu mogućnost do sada nije potvrdio niti jedan eksperiment; naprotiv, na tisuće provedenih pokusa u svim područjima fizike potvrđuje zakone o očuvanju momenta i energije, odnosno potvrđuje simteričnost svemira.

Kako je proveden eksperiment?

NASA-in tim u svojem je eksperimentu objesio EmDrive na torzionu nit kako bi iz njezina zakretanja izmjerio malenu snagu njegova potiska. Kako bi se otklonila mogućnost da potisak na neki način stvara zagrijavanje i kretanje zraka, pokus je proveden u gotovo potpunom vakuumu. Rezultati su pokazali da je motor stvorio potisak od 1,2 milinjutna po kilovatu energije (1,2±0,1 mN/kW). To baš nije impresivno u usporedbi s potiscima koji se stvaraju u klasičnim raketnim motorima, međutim, kada se usporedi sa sličnima koji se temelje na fotonima, onda nije zanemarivo. Primjerice, svjetlosna jedra i slične tehnologije na bazi fotona, stvaraju mnogo manje potiske - negdje između 3,33 i 6,67 mikronjutna po kilovatu sunčeve ili laserske energije (odnosno 0,00333 - 0,00667 milinjutna po kilovatu). Za ilustraciju, u sklopu drugog NASA-inog laserskog programa Y.K. Bae Corporation je 2015. demonstrirala laserski uređaj koji je stvorio potisak od 3,5 mN uz uloženu energiju od 500 kW. Treba istaknuti da je u tom eksperimentu korištena tehnologija lasera s pojačavanjem zrake (u kojem se ista zraka više puta odbija između baze i pogonjene letjelice i pritom pojačava).

Predstavljena tumačenja?

Za sada nitko zapravo ne zna uvjerljivo objasniti kako bi EmDrive mogao funkcionirati kada bi uistinu funkcionirao. Dok većina teorijskih fizičara a priori odbacuje i samu mogućnost da radi, neki su ipak odlučili predstaviti neke moguće ideje.

Tim iz Eagleworksa vjeruje da bi fotoni njihova mikrovalnog uređaja mogli stvarati pogon tako što udaraju u virtualnu plazmu kvantnog vakuuma. Naime, prema kvantnoj mehanici vakuum nije potpuno prazan prostor. U njemu u svakom trenutku nastaje cijelo more virtualnih čestica koje se vrlo brzo međusobno poništavaju i nestaju. EmDrive bi stoga mogao djelovati na takav način da ubrzava plazmu sastavljenu od virtualnih čestica (naravno za kratko vrijeme, dok one postoje). Za to vrijeme dok bi ih ubrzavao, EmDrive bi ostvario odgovarajući suprotan potisak, a budući da su čestice ubrzo nestale, ne bi bilo nikakvih izlaznih plinova.

No ugledni teorijski fizičar Sean Carroll s Caltecha ističe da za sada ne postoje nikakvi dokazi da virtualna plazma kvantnog vakuuma postoji, mada postoji kvantni vakuum i virtualne čestice.

Eagleworksov tim u svojem se tumačenju poziva na tzv. Bohmovu interpretaciju kvantne mehanike, odnosno na teoriju pilotskog vala. No, kako i sami autori priznaju, ta interpretacija, mada izbjegava neka uvrnuta svojstva kopenhagenške interpretacije (osobito ideju da po principu neodređenosti čestice nemaju određeni položaj sve dok ih ne pogledamo), do danas nije stekla veću popularnost jer je i sama imala prilično čudne konzekvence (mada se čini da je u jednoj studiji objavljenoj u veljači ove godine dobila određeni vjetar u leđa).

Funkcioniranje EmDrivea pokušao je protumačiti i Mike McCulloch, fizičar na University of Plymouth u Velikoj Britaniji. On smatra da je potvrda da uređaj radi dokaz u prilog novoj teoriji inercije koja uključuje hipotetsko Unruhovo zračenje, neku vrstu topline koju doživljavaju tijela koja se ubrzavaju, ali ne i ona koja miruju. Prema McCullochu, EmDrive, budući da ima oblik stošca, s užim i širim stranama, omogućuje da se u njegovim različitim dijelovima stvara Unruhovo zračenje s različitim valnim duljinama (kraćim u užem dijelu, a dužim u širem). Prema toj logici inercija fotona u stožastoj šupljini mora se mijenjati kako se oni odbijaju naprijed-nazad. U užem dijelu valne duljine bi bile kraće, a s njima bi inercija i energija bile veće, pa bi potisak trebao biti veći prema tom kraju stošca.

Međutim, problem je u tome što do sada nitko nije dokazao da Unruhovo zračenje postoji niti da fotoni, koji prema sadašnjim spoznajama nemaju masu, imaju neku inercijsku masu. Među ostalim, McCulloch bi trebao objasniti kako je moguće da fotoni putuju brzinom svjetlosti ako imaju masu te kako je bi mogli imati različite brzine u vakuumu, što također proizlazi iz njegovih rješenja. Prema teoriji relativnosti tako nešto ne bi smjelo biti moguće.

Postoje još neke ideje o tome kako bi EmDrive mogao funkcionirati, međutim, sve u nekoj mjeri uključuju koncepte koji su za sada samo hipotetski ili su čak protivni postojećim teorijama koje dobro funkcioniraju.

EmDrive je samo greška koju ne razumijemo?

Dakle, možemo se pitati postoji li mogućnost da je EmDrive, unatoč višestrukim eksperimentalnim potvrdama, samo neka greška, odnosno anomalija koju za sada ne razumijemo? Odgovor je - svakako. Štoviše, postoji cijeli niz argumenata koji ukazuju na takvu mogućnost. Prije svega sami autori studije u svojem izviješću predstavljaju nekoliko mogućnosti da su napravili određene pogreške.

Također treba imati na umu da su znanstvenici, mada su uvijek zainteresirani za mogućnost da neka nova promatranja otvore vrata za nove uvide u zakone prirode, ipak istovremeno i vrlo oprezni kada se pojave tumačenja eksperimenata koja prkose postojećim zakonima fizike. Naime, kao što je rekao slavni astronom i popularizator znanosti Carl Sagan, 'velike tvrdnje traže velike dokaze'. Postojeće znanstvene teorije, mada imaju određene neriješene probleme, ipak previše dobro funkcioniraju da bismo ih olako odbacili. Kratko rečeno, nova rješenja u znanstvenom svijetu teško prolaze ako otvaraju više novih pitanja nego što daju prihvatljivih odgovora.

Konačno povijesna iskustva pokazala su da je uvriježena znanstvena skepsa gotovo uvijek opravdana. Sjetimo se samo eksperimenta OPERA koji je 2011. pokazao da neutrini putuju brže od svjetlosti, što nije bilo u skladu s teorijom relativnosti. Mada su znanstvenici eksperiment provjeravali cijelo mnoštvo puta prije nego što su ga objavili, kako se ne bi osramotili, tek su kasnija, još podrobnija istraživanja pokazala da su ipak napravili greške zbog problema s opremom.

Dakle, mogli bismo reći da nam znanstveno naravoučenije govori da bi u sluačju EmDrivea bilo pametno još pričekati s oduševljenjem. Puno je više uvjerljivih argumenata i ozbiljnih znanstvenika protiv ideje da je on stvarno nešto revolucionarno nego za nju!