موتور مارپیچی؛ اختراعی که شاید قوانین فیزیک را به چالش بکشد

یک مهندس ناسا با کمک قوانین نسبیت خاص، سیستم خاصی را طراحی کرده که بنابر ادعا، می‌تواند بدون هیچ‌‌گونه پیشرانه‌ای فضاپیما را در فضای بی‌‌کران به‌‌پیش راند.

جارستان_ حتما تاکنون شنیده‌‌اید که برای هر عملی، عکس‌‌العملی وجود دارد. این تعبیری نسبتا ناقص از قانون سوم نیوتن است که اصول کار تمامی موشک‌‌های فضایی را شکل می‌‌دهد؛ انفجار سوخت در پیشرانه‌‌ی عقبی همیشه باعث حرکت روبه جلوی موشک خواهد شد. اما یکی از مهندسان ناسا بر این باور است که می‌‌تواند بدون هیچ‌‌گونه محرکی ما را به فضای میان ستاره‌‌ای ببرد.

نام این مهندس، دیوید برنز، کارمند مرکز پرواز فضایی مارشال ناسا در آلباما است. او یک موتور مارپیچی (helical engine) طراحی کرده که از «اثر تغییر جرم» دیده‌شده در سرعت‌‌های نزدیک به نور برای کار بهره می‌‌گیرد. برنز اخیرا مقاله‌‌ای را نیز برای تشریح این مفهوم به سرور گزارش‌‌های فنی ناسا ارسال کرده است.

بسیاری از دانشمندان این طرح را با شک‌‌وتردید می‌‌نگرند؛ ولی برنز همچنان بر این باور است که ایده‌‌اش ارزش پیگیری را دارد. او می‌‌گوید: «من مشکلی با کنارگذاشته‌‌شدن این ایده ندارم ولی اگر کسی بگوید این طرح جواب نخواهد داد، من اولین کسی هستم که می‌‌گویم حداقل ارزش امتحان‌‌کردن را دارد.»

مقاله‌های مرتبط:

• فیزیک ناممکن؛ چرا هنوز هیچ ماشینی با حرکت دائمی وجود ندارد؟
• هر آنچه باید درمورد قوانین نیوتن و حرکت بدانیم

برای آن‌‌که بتوانید ذهنیتی ساده راجع‌‌به اصول کارکرد موتور برنز داشته باشید، یک جعبه را تصور کنید که روی یک سطح بدون اصطکاک قرار گرفته است. درون این جعبه یک میله قرار گرفته و حلقه‌‌ای به‌‌دور این میله آزادانه می‌‌لغزد. اگر نیرویی ازسوی یک فنر درون جعبه به‌‌سمت حلقه وارد شود، حلقه به‌‌ یک سمت می‌‌لغزد و جعبه نیز در واکنش، به‌‌سمت مخالف رانده می‌‌شود. حلقه به دیواره‌‌ی جعبه می‌‌رسد و پس از برخورد با آن، در جهت مخالف باز می‌‌گردد. در اثر این برخورد، مسیر حرکت خود جعبه نیز معکوس خواهد شد. این عمل و عکس‌‌العمل به‌‌عنوان قانون سوم نیوتن شناخته می‌‌شود و در شرایط عادی، باعث حرکت رفت و برگشت پی‌درپی جعبه خواهد شد.

اما پرسشی که برنز مطرح می‌‌کند آن است که چه می‌‌شود اگر جرم حلقه در حرکت به یک سو، بیش‌‌تر از جرم آن در حرکت در سوی مخالف باشد؟ احتمالا در این شرایط ضربه‌‌ی واردشده به یک طرف جعبه، بزرگ‌‌تر از ضربه‌‌ی وارده در طرف دیگر خواهد بود. درنتیجه، عمل وارده بزرگ‌‌تر از عکس‌‌العمل آن خواهد بود و جعبه در یک جهت شتاب خواهد گرفت.

تغییر جرم یادشده، موضوعی نیست که در فیزیک با ممنوعیت مواجه باشد. نظریه‌‌ی نسبیت خاص اینشتین می‌‌گوید که جرم اجسام در حال حرکت با سرعت نور، افزایش می‌‌یابد. این همان اثری است که در شتاب‌دهنده‌‌های ذرات نیز به‌‌کار گرفته می‌‌شود. در حقیقت، یک تعبیر ساده از مفهوم برنز می‌‌تواند این باشد که به‌‌جای حلقه از یک شتاب‌دهنده‌‌ی ذرات حلقه‌‌ای استفاده کنیم؛ بدین‌‌ترتیب طی سیکل رفت، ذرات یون شتاب داده می‌‌شوند و طی سیکل برگشت، از شتاب آن‌‌ها کاسته می‌‌شود. از دیدگاه برنز، می‌‌توان جعبه و میله را به‌‌کلی کنار گذاشت و از یک شتاب‌دهنده‌‌ی دارای حرکت دایره‌‌ای در کنار حرکت افقی استفاده کرد. برای رسیدن به این هدف باید از یک شتاب‌دهنده‌‌ی مارپیچی بهره بگیریم.

فضای بدون اصطکاک

پیاده‌‌سازی چنین طرحی نیاز به یک سازه با طول ۲۰۰ متر و قطر ۱۲ متر خواهد داشت. همچنین ما نیاز به توانی بالغ‌‌بر ۱۶۵ مگاوات خواهیم داشت تا بتوانیم نیروی رانشی به‌‌اندازه‌‌ی یک نیوتن ایجاد کنیم؛ این مقدار معادل میزان نیروی لازم برای تایپ بااستفاده از کیبورد است! برای رسیدن به هدف، کافی است که موتور ابداعی بتواند به یک سرعت معنادار در فضای بدون اصطکاک برسد. برنز توضیح می‌‌دهد:

درصورت داشتن زمان و انرژی کافی، چنین موتوری می‌‌تواند به‌‌تنهایی به‌‌سرعتی نزدیک به ۹۹ درصد سرعت نور برسد.

طرح فضاپیماهای بدون پیشرانه، ایده‌‌ی جدیدی نیست. در اواخر دهه‌‌ی ۷۰ میلادی، رابرت کوک، مخترع آمریکایی گواهی اختراع موتوری را به‌‌ثبت رساند که تصور می‌‌شد بتواند نیروی گریز از مرکز را به حرکت خطی تبدیل کند. در اوایل دهه‌‌ی ۲۰۰۰ نیز یک مخترع بریتانیایی به‌‌نام راگر شاویر، پیشنهاد ساخت یک محرکه‌‌ی EM را مطرح کرد، محرکه‌‌ای که ادعا می‌‌شد می‌‌تواند امواج مایکروویو را به‌‌دام بیندازد و آن را به  نیروی رانشی تبدیل کند. البته هیچ‌‌کدام از دو طرح یادشده نتوانستند عملی شوند و ساخت چنین موتورهایی به‌‌علت نقض یکی از قوانین پایه‌‌ای فیزیک با نام «قانون پایستگی تکانه» عملا غیرممکن شناخته شد.

مارتین تاجمار، پژوهشگر دانشگاه فناوری درسدن آلمان از جمله کسانی بوده است که آزمایش‌‌هایی را روی محرکه‌‌ی EM به‌‌انجام رساند. وی معتقد است که موتور مارپیچی نیز احتمالا با همان مشکلات موجود در طرح محرکه‌‌ی EM مواجه خواهد بود. او می‌‌گوید: «تا آنجا که می‌‌دانم، تمامی سیستم‌‌های محرکه‌‌ی مبتنی بر اینرسی هرگز نتوانسته‌‌اند در فضای بدون اصطکاک کار کنند.» او فکر می‌‌کند که این نوع ماشین برخلاف طرح‌های قبلی از قوانین نسبیت خاص استفاده می‌کند که همین موضوع قضیه را کمی پیچیده می‌‌کند؛ با این حال، نهایتا با محدودیت‌‌های قانون عمل و عکس‌‌العمل مواجه خواهد بود.

برنز هم‌‌اکنون به‌‌طور شخصی روی طرح خود کار می‌‌کند و از هیچ‌‌گونه حمایت مالی ازسوی ناسا برخوردار نیست. او اذعان می‌‌کند که طرح او به‌‌شدت کم‌‌بازده است. با این حال، اعتقاد دارد که ظرفیت بالقوه‌‌ی خوبی برای مهار انرژی اتلافی شتاب‌دهنده در قالب حرارت و تشعشع وجود دارد. او همچنین پیشنهاداتی نظیر اسپین یون‌‌های شتاب‌‌یافته را برای حفظ تکانه‌‌ی سیستم مطرح کرده است. او می‌‌افزاید:

من می‌‌دانم که ممکن است این طرح نیز سرنوشتی مشابه‌‌با محرکه‌‌ی EM و همجوشی سرد داشته باشد. نهایتا باید آمادگی شکست را نیز داشت. اختراع یک چیز کاملا جدید که بتواند کار کند، بسیار دشوار است./زومیت