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Como a física desmorona se o EMdrive funciona

Um protótipo EMdrive, visto em uma câmara de testes na NASA Eagleworks. Crédito da imagem: H. White et al., AIAA 2016.

Ou o momento é realmente conservado e isso não é um impulso sem reação… ou então.

A lei da conservação do momento é a base da equação do empuxo estático, a lei da conservação da energia é a base da equação do empuxo dinâmico. Desde que essas duas leis fundamentais da física sejam satisfeitas, não há razão para que as forças dentro do ressonador devam somar zero. – Roger Shawyer, claramente entendendo mal a teoria das forças

Imagine um foguete que funciona sem combustível. Você bombeia energia para ele e vai embora, mas não há impulso saindo do outro lado, sem exaustão, sem resíduos e sem combustível consumível. É o desafio final de Isaac Newton: afirmar ter uma ação sem uma reação igual e oposta. E, no entanto, o inventor do EMdrive, Roger Shawyer, afirma fazer exatamente isso. Ele não apenas diz que seu dispositivo funciona, mas afirma que qualquer um pode construir um e verificar por si mesmo. No laboratório Eagleworks, os cientistas da NASA tentaram fazer exatamente isso e acabaram de publicar suas descobertas em um jornal revisado por pares. Os resultados? Eles verificam se o EMdrive funciona conforme anunciado .

O EMdrive na configuração da SPR Ltd. Crédito da imagem: Roger Shawyer / SPR Ltd., via http://emdrive.com/dynamictests.html .

Se o EMdrive é realmente um motor espacial que tem uma ação sem reação – você bombeia energia para ele e é impulsionado sem exaustão discernível – então esta é a maior revolução na física desde Isaac Newton. As três leis do movimento de Newton existem há centenas de anos:

1. Um objeto em repouso permanece em repouso e um objeto em movimento permanece em movimento, a menos que haja uma força externa agindo sobre ele.
2. A força sobre um objeto é igual à taxa de variação de seu momento ao longo do tempo. ( F = m para para sistemas não relativísticos.)
3. E para cada ação há uma reação igual e oposta.

Essa terceira lei é conhecida como a conservação do momento, e é verdadeira não apenas na mecânica newtoniana, mas no eletromagnetismo, na relatividade geral e em toda a teoria quântica de campos. É a única lei que Newton inventou que ainda vale, sem exceções, hoje.

Um foguete Soyuz-2.1a decola em 19 de abril de 2013, com Bion-M №1. Crédito da imagem: Roskosmos. Observe a reação do escapamento para a ação de aceleração da espaçonave.

Mas se o EMdrive é realmente sem reação, então Newton está errado. Além disso, Einstein está errado, Maxwell está errado e toda a física quântica está errada. Há uma simetria fundamental que causa a conservação do momento: a simetria translacional. Isso significa que se meu sistema está aqui, em um determinado ponto do espaço, ele deve obedecer às mesmas leis como se estivesse ali, em um ponto diferente do espaço. Mas se a conservação do momento não é verdadeiramente fundamental, então a simetria translacional não pode ser uma boa simetria do Universo. Em outras palavras, deve haver um local preferencial, onde as leis da física sejam diferentes em um local do que em outros. As leis da física, de repente, dependem da posição.

Diferentes referenciais, incluindo diferentes posições e movimentos, veriam diferentes leis da física se a conservação do momento fosse inválida. Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons Krea sob c.c.a.-s.a.-3.0.

Isso significa que o princípio fundamental da relatividade está errado. Isso significa que, se você estiver em um referencial inercial, poderá ver a mudança de momento de um sistema inteiro ao longo do tempo. Além disso, isso significa que observadores em diferentes referenciais verão violações da conservação do momento em diferentes quantidades. Se você violar a conservação de momento em diferentes quantidades, você também viola a conservação de energia; a energia não só não é conservada, como também não é conservada por diferentes quantidades em diferentes referenciais. A lei mais sagrada da física de partículas – uma que foi observada para se aplicar a todos os sistemas e todas as interações estabelecidas na história – seria quebrada.

Os rastros de partículas emanados de uma colisão de alta energia no LHC em 2014. Eles testam a conservação de momento e energia de forma muito mais robusta do que qualquer outro experimento. Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons Pcharito, sob uma licença c.c.a.-by-s.a.-3.0.

O problema não é que essas leis não pudessem ser derrubadas pela experiência; claro que podiam. O problema é que os físicos realizaram tantos experimentos de tantas maneiras diferentes, com tanto cuidado e precisão, verificando-os. Essas leis de conservação foram confirmadas para todas as interações gravitacionais, mecânicas, eletromagnéticas e quânticas já observadas. E agora, afirma-se que um motor, que depende de nada mais do que uma simples fonte de energia eletromagnética, derruba toda a física. E o teste Eagleworks da NASA confirma, em um artigo revisado por pares, que o impulso é produzido sem reação discernível para a ação observada.

A configuração experimental do EMdrive. Crédito da imagem: H. White et al., Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio-Frequency Cavity in Vacuum, AIAA 2016.

Agora, existem algumas possibilidades que podem salvar a conservação do momento. Isso pode salvar as leis de ação/reação. Isso pode salvar a física como a conhecemos. Eles incluem:

• Que há exaustão que simplesmente não está sendo medida, inclusive na forma de radiação eletromagnética. Isso significaria que há uma reação, afinal.
• Que há um campo eletromagnético gerado como parte da configuração, e a mudança no momento do campo equilibra exatamente a mudança no momento do motor. Novamente, haveria uma reação.
• Ou os engenheiros que realizaram o teste na NASA Eagleworks foram incompetentes, e ou houve uma reação que eles perderam ou o empuxo observado não é real.

Os resultados ainda são para impulsos muito pequenos de menos de 100 microNewtons, com grandes potências de entrada de dezenas a centenas de Watts. Se você se lembrar de neutrinos mais rápidos que a luz, os resultados do BICEP2 de ondas gravitacionais da inflação, alegações de fusão a frio, movimento perpétuo ou qualquer outro conjunto de resultados que foram posteriormente anulados com mais e melhores dados, você se lembrará que isso está longe de um slam-dunk. As alegações teóricas de como isso poderia funcionar variam de facilmente refutável a altamente especulativa, e todas elas não têm evidências exceto este motor para mostrar isso.

Isso com certeza parece um efeito real, mas é realmente devido a um mecanismo sem reação? Crédito da imagem: H. White et al., Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio-Frequency Cavity in Vacuum, AIAA 2016.

A questão não é que a física esteja errada, nem que a equipe da Eagleworks esteja errada. O ponto é que este é o estágio inicial da ciência real sendo feita para examinar um efeito. O resultado mais provável é que o momento realmente é conservado e há algo engraçado acontecendo aqui. Para neutrinos mais rápidos que a luz, era um cabo solto. Para os resultados do BICEP2, foi uma calibração incorreta do gás galáctico. Para fusão a frio, era uma configuração experimental ruim e, para movimento perpétuo, era uma farsa. Não importa qual seja o resultado, há algo a ser aprendido com uma investigação mais aprofundada. Seja uma nova física e um novo tipo de resultado de mecanismo, ou seja mais simples do que isso e a causa do efeito simplesmente ainda não foi determinada, mais e melhores experimentos serão o árbitro final. É por isso que fazemos a ciência em primeiro lugar.

Esta postagem apareceu pela primeira vez na Forbes , e é oferecido a você sem anúncios por nossos apoiadores do Patreon . Comente em nosso fórum , & compre nosso primeiro livro: Além da Galáxia !

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