For hver handling er det en lik og motsatt handling. Denne formuleringen av Newtons tredje lov har to veldig viktige konsekvenser: For det første er det en fysisk mengde som alltid er bevart i universet (momentum), og for det andre er fysikkens lover de samme uavhengig av din posisjon i rommet. Det ser ut til at det bare er noen få ord, men de er faktisk kolossale, for hvis du for eksempel vil tvinge et apparat til å endre bevegelse, må du skyve det med noe.
Dette kan være raketteksos, dekk mot veien, toghjul på skinner, eller til og med fotoner som spretter av et seil. Det eneste som er forbudt er den såkalte inercoid, bevegelse uten reaksjon: handling uten reaksjon. Dette er hva EMDrive - en "umulig" rommotor som nylig har bestått NASA-tester - sies å være. Hvis det faktisk fungerer som annonsert, bryter det fysikkens lover. Men det er også et mulig smutthull: kanskje det er en reaksjon, vi fant det bare ikke. Det er mulig det er motstand, men det er assosiert med mørk materie.
I henhold til standardmodellen for kosmologi er det meste av saken i universet ikke i form av atomer eller andre kjente partikler. Nei, de aller fleste masse - med 5 til 1 forskjell - er mørk materie. Mørk materie kolliderer ikke, ødelegger ikke og samhandler ikke lenger med seg selv eller med andre, vanlige stoffer under kjente omstendigheter, bortsett fra gravitasjonspåvirkning. 13,8 milliarder år senere har det dannet et gigantisk, diffust kosmisk nettverk av tyngdekonstruksjoner og enorme sfæriske glorie over en million lysår i diameter som rammer opp galakser som våre. Mørk materie gjennomsyrer hver kvadratcentimeter av vår galakse, inkludert alle gjenstander på jorden, til og med kroppene våre, om enn i små mengder.
Under visse forhold kan imidlertid mørk materie overtales til å samhandle med seg selv eller med vanlig materie, avhengig av dens art. Hvis mørk materie består av WIMPs (WIMP, en svakt samvirkende massiv partikkel), kan produktet av utslettelsen detekteres av detektorer. Hvis den består av veldig lette aksjoner med lav masse, kan den kombinere med fotoner under visse forhold. Et av eksperimentene rettet mot å finne aksjoner er kjent som ADMX: aksjonseksperimentet med mørk materie. I 1983 oppfant fysiker Pierre Sikivi aksjonshaloskopet, og utnyttet det faktum at et aksjons-fotonpar kan forsterkes under visse forhold i et elektromagnetisk hulrom. 20 år senere vokste ADMX ut av denne studien, og siden har forskere lett etter aksjoner ved bruk av denne metoden.
Til dags dato har dessverre søket ennå ikke blitt kronet med suksess. Kanskje eksisterer ikke aksjoner, eller hvis de ikke er mørk materie, kan de ha forskjellige parametere som ADMX ikke er følsom nok for. Det er ganske mulig at forskjellige elektromagnetiske hulrom med forskjellige egenskaper kan aktivere interaksjoner med aksjoner. Eventuelt kan fotonaksjon-interaksjoner oppstå, og hulrommet med de nødvendige parametrene førte til spredning av aksjoner i den foretrukne retning. Det er lite sannsynlig, men ganske akseptabelt, at EMDrive er et slikt hulrom.
Hvordan det fungerer? Til enhver tid passerer partikler av mørk materie gjennom alle områder av rommet, uten å bli begrenset av tilstedeværelsen av materie eller andre partikler i standardmodellen. I det elektromagnetiske hulrommet hopper fotoner med en viss frekvens i alle retninger, opprettholder fart og skaper ikke skyvekraft. Men hvis fotonene beveger seg i en bestemt retning - for eksempel til baksiden av hulrommet - kan de kollidere med mørke stoffpartikler, og dette vil være:
Salgsfremmende video:
- Fotonet skifter fart og beveger seg "litt mindre bakover" og "litt mer fremover" enn det var før kollisjonen med en partikkel av mørk materie.
- Fotonet kolliderer med veggen i hulrommet, reflekterer fra det og overfører en impuls i retning fremover for selve hulrommet.
- En partikkel av mørk materie får en impuls i akkurat motsatt retning: tilbake.
- Momentet er bevart fordi den mørke materien fører den bort, lik og motsatt i størrelse som den som absorberer hulrommet.
Hvis det er dette som skjer, er dette et virkelig gjennombrudd. Siden mørk materie er overalt, ville vi bare trenge en kilde til energi - ikke drivstoff - for å reise gjennom galaksen, fordi vi når som helst vil finne nok mørk materie. Dette betyr at vi vil motta en metode for å oppdage mørk materie som tilfeldigvis kolliderer med partiklene våre, og dermed bekrefter dens eksistens. Og viktigst av alt, dette bryter ikke fysikkens lover, fordi momentumet er bevart.
EMDrive-testresultatene er ennå ikke bevist. Det er mange potensielle feilkilder, og målingene i seg selv indikerer en stor usikkerhet i hvor mye drivkraft som produseres. Det er foreløpig ikke klart om det virkelig er et drivkraft uten reaksjon, eller om det er en reaksjon som vi ennå ikke har funnet.
Og forklaringen som involverer mørk materie vil også være tvilsom, siden den krever mange ukjente. Men hvis EMDrive virkelig jobber med mørk energi, og mysteriet med mørk materie løses en gang for alle på den mest uventede måten, vil det være utrolig.
ILYA KHEL
