به چالش کشیده شدن قانون سوم نیوتن

اگر چنين چيزي عموميت پيدا کند، کاربرد آن بسيار گسترده خواهد شد. نه تنها در پرتاب ماهواره‌ها بلکه در کاربردهايي بسيار ساده‌تر مثل ماشين‌هاي پرنده هم مي‌توان از EmDrive استفاده کرد.

در اين پروژه يک تيم تحقيقاتي از دانشگاه پلي‌تکنيک شمال غرب در ژيان و به رهبري يانگ يوآن شرکت داشتند. نتيجه‌ي کار ماشيني به نام EmDrive است که قانون سوم نيوتن را نقض مي‌کند، البته سازنده‌ي اصلي آن چنين اعتقادي ندارد. بارها شده که افراد مختلف سعي کردند ماشيني بدون نيروي عمل و عکس‌العمل بسازند ولي قانون سوم نيوتن سد محکمي در برابر ايده‌هاي آنها بوده است. اما اين پيشران مايکروويو به مرحله‌ي ساخت و آزمايش هم رسيده است و همين موضوع، آن را شگفت‌انگيز مي‌کند.

بگذاريد بيشتر توضيح دهيم. موتور يک ماشين عادي را در نظر بگيريد. سوخت درون محفظه يا اصطلاحاً سيلندر مشتعل مي‌شود. مي‌سوزد و گازهاي حاصل از احتراق فشار زيادي به ديواره‌ها وارد مي‌کنند. تمام ديواره‌ها به جز پيستون ثابت هستند و تنها پيستون است که حرکت مي‌کند. قانون سوم نيوتن مي‌گويد عکس‌العمل نيروي پيستون بايد وجود داشته باشد، وجود هم دارد و به سطح بالاي سيلندر که روبروي پيستون است وارد مي‌شود.

مثال ديگر، يک موتور جت يا موشک را در نظر بگيريد، سوخت مشتعل مي‌شود و موشک را به جلو هدايت مي‌کند. اما عکس‌العمل نيروي پيشراني که به موشک سرعت مي‌دهد کجاست؟ بله، همان گاز پرفشاري است که در جهت مخالف وارد هوا مي‌شود. اصطلاحاً به اينگونه عکس‌العمل‌ها مي‌توان جرم عکس‌العمل هم گفت، جرمي که با سرعت در جهت مخالف پرتاب مي‌شود و ماشين را به جلو هدايت مي‌کند.

اما EmDrive با قانون سوم نيوتن ميانه‌ي خوبي ندارد. اگر دقيق‌تر بگوئيم، ايده‌ي توليد ماشيني که بدون نيروي محرک کار کند، بيشتر يک شوخي علمي به حساب مي‌آيد تا ايده‌اي جديد و جنجالي. اما بهتر است نگاهي به داخل ماشين مخروطي شکل چيني‌ها بيندازيم و نحوه‌ي کارش را بررسي کنيم.

يک محفظه‌ي بسته که از بيرون شبيه يک مخروط ناکامل است، در کنار محفظه محلي براي وارد شدن موج مايکروويو قرار گرفته است. موج وارد مي‌شود و به ديواره‌ها ضربه مي‌زند. بازتاب مي‌شود و باز هم ضربه‌ها تکرار مي‌شوند. در نهايت نيروي پيشران در جهت سطح دايروي بزرگ مخروط ايجاد مي‌شود.

از قانون سوم نيوتن مي‌توان نتيجه گرفت که يک سيستم بسته که با دنياي خارج از خود رابطه‌ي عمل و عکس‌العمل ندارد، نمي‌تواند پيشرانش ايجاد کند. در واقع برآيند تمام نيروهايي فشاري که از برخورد مايکروويو با ديواره‌هاي حفره ايجاد مي‌شود، صفر است. لذا در مجموع هيچ پيشرانشي نخواهيم داشت. با اين وجود EmDrive کار مي‌کند چرا که مايکروويوها يک سرعت جمعي دارند که با تغيير شعاع مخروط، تغيير مي‌کند. در نهايت همين سرعت گروهي امواج الکترومغناطيسي که در يک جهت خاص بيشتر از ديگر جهات است، پيشرانشي به سمت سطح بزرگ مخزن ايجاد خواهد کرد. اينجا جايي است که قانون نسبيت اينشتين وارد مي‌شود و کارکرد چنين ماشيني را توجيه مي‌کند. به همين علت است که نام ديگر اين ماشين Reletivity Drive يا رانش نسبيتي است