Każde działanie ma równe i przeciwne działanie. To sformułowanie trzeciego prawa Newtona ma dwie bardzo ważne konsekwencje: po pierwsze, istnieje wielkość fizyczna, która jest zawsze zachowana we wszechświecie (pęd), a po drugie, prawa fizyki są takie same niezależnie od twojej pozycji w przestrzeni. Wydawałoby się, że tylko kilka słów, ale tak naprawdę są kolosalne, bo chcąc np. Wymusić jakieś urządzenie do zmiany ruchu, trzeba je czymś popchnąć.
Może to być wydech rakietowy, opony na drodze, koła pociągu na szynach, a nawet fotony odbijające się od żagla. Jedyne, co jest zabronione, to tak zwany inerkoidalny, ruch bez reakcji: akcja bez reakcji. Tak właśnie mówi się EMDrive - „niemożliwy” silnik kosmiczny, który niedawno przeszedł testy NASA. Jeśli faktycznie działa zgodnie z reklamą, łamie prawa fizyki. Ale jest też możliwa luka: być może jest reakcja, po prostu jej nie znaleźliśmy. Możliwe, że istnieje opozycja, ale jest to związane z ciemną materią.
Zgodnie ze standardowym modelem kosmologii większość materii we Wszechświecie nie ma postaci atomów ani innych znanych cząstek. Nie, zdecydowana większość masy - przy różnicy 5 do 1 - to ciemna materia. Ciemna materia nie zderza się, nie unicestwia i nie oddziałuje już ze sobą ani z inną, zwykłą materią w żadnych znanych okolicznościach, z wyjątkiem wpływu grawitacji. 13,8 miliarda lat później utworzył gigantyczną, rozproszoną kosmiczną sieć struktur grawitacyjnych i ogromnych kulistych halo o średnicy ponad miliona lat świetlnych, które otaczają galaktyki takie jak nasza. Ciemna materia przenika każdy centymetr kwadratowy naszej galaktyki, w tym każdy obiekt na Ziemi, nawet nasze ciała, choć w niewielkich ilościach.
Jednak w pewnych warunkach ciemną materię można przekonać do interakcji z samą sobą lub ze zwykłą materią, w zależności od jej natury. Jeśli ciemna materia składa się z WIMP (WIMP, słabo oddziałującej masywnej cząstki), to produkt jej anihilacji mógłby zostać wykryty przez detektory. Jeśli składa się z bardzo lekkich cząstek aksionów o małej masie, w określonych warunkach może łączyć się z fotonami. Jeden z eksperymentów mających na celu znalezienie aksionów jest znany jako ADMX: eksperyment z aksjonem ciemnej materii. W 1983 roku fizyk Pierre Sikivi wynalazł haloskop aksionowy, wykorzystując fakt, że para aksion-foton może być wzmacniana w określonych warunkach we wnęce elektromagnetycznej. Dwadzieścia lat później ADMX wyrósł z tych badań i od tego czasu naukowcy poszukują aksionów za pomocą tej metody.
Do tej pory niestety ich poszukiwania nie zakończyły się sukcesem. Być może aksjony nie istnieją lub, jeśli nie są ciemną materią, mogą mieć różne parametry, na które ADMX nie jest wystarczająco czuły. Jest całkiem możliwe, że różne wnęki elektromagnetyczne o różnych właściwościach mogą aktywować interakcje z aksionami. Prawdopodobnie mogą wystąpić interakcje foton-aksion, a wnęka o wymaganych parametrach doprowadziła do rozproszenia aksionów w preferowanym kierunku. Jest mało prawdopodobne, ale całkiem akceptowalne, że EMDrive jest taką wnęką.
Jak to działa? W dowolnym momencie cząstki ciemnej materii przechodzą przez wszystkie regiony przestrzeni, nie będąc ograniczanymi obecnością materii lub innych cząstek Modelu Standardowego. We wnęce elektromagnetycznej fotony o określonej częstotliwości skaczą we wszystkich kierunkach, utrzymując pęd i nie wytwarzając ciągu. Ale jeśli fotony poruszają się w określonym kierunku - na przykład do tyłu wnęki - mogą zderzyć się z cząsteczkami ciemnej materii i będzie to:
Film promocyjny:
- Foton zmienia pęd i porusza się „trochę mniej do tyłu” i „trochę bardziej do przodu” niż przed zderzeniem z cząsteczką ciemnej materii.
- Foton zderza się ze ścianą wnęki, odbija się od niej i przekazuje impuls w kierunku do przodu do samej wnęki.
- Cząstka ciemnej materii otrzymuje impuls w dokładnie przeciwnym kierunku: z powrotem.
- Pęd zostaje zachowany, ponieważ ciemna materia go przenosi, równa i przeciwna pod względem wielkości do tej, która pochłania wnękę.
Jeśli tak się dzieje, to jest to prawdziwy przełom. Ponieważ ciemna materia jest wszędzie, potrzebowalibyśmy tylko źródła energii - nie paliwa - aby podróżować po galaktyce, ponieważ w dowolnym miejscu w kosmosie znajdziemy wystarczająco dużo ciemnej materii. Oznacza to, że otrzymamy metodę wykrywania ciemnej materii, która przypadkowo zderza się z naszymi cząsteczkami, a tym samym potwierdzi jej istnienie. A co najważniejsze, wszystko to nie narusza praw fizyki, ponieważ pęd jest zachowany.
Wyniki testów EMDrive nie zostały jeszcze udowodnione. Istnieje wiele potencjalnych źródeł błędów, a same pomiary wskazują na dużą niepewność co do wielkości wytwarzanego ciągu. Nie jest jeszcze jasne, czy rzeczywiście istnieje pchnięcie bez reakcji, czy też jest reakcja, której jeszcze nie znaleźliśmy.
Wyjaśnienie dotyczące ciemnej materii również będzie wątpliwe, ponieważ wymaga wielu niewiadomych. Ale jeśli EMDrive naprawdę działa przy użyciu ciemnej energii, a tajemnica ciemnej materii zostanie rozwiązana raz na zawsze w najbardziej nieoczekiwany sposób, będzie to niesamowite.
ILYA KHEL