Az elmúlt napokban nagy figyelmet kapott egy olyan hajtómű, amely látszólag hajtóanyag nélkül is működik, és a fejlesztők szerint a jövő űreszközeinek működtetésére is alkalmas lehet. Úgy tűnik, az új hajtómű olyan erőhatást képes előállítani, amely nem magyarázható meg a klasszikus elektromágneses jelenségekkel, így a hatás feltételezhetően a kvantumvákuumból eredeztethető – állítják a teszteket végző fizikusok tanulmányukban.
A NASA kutatói az elmúlt évben tesztelték a Cannae LLC nevű, 2006-ban alapított amerikai cég által kifejlesztett űrhajtómű-prototípust. Az eredményeket július végén mutatták be Clevelandben, egy hajtóművekkel, illetve meghajtással foglalkozó tudományos konferencián.
Az új hajtómű mindkét prototípusa sikeresen vette a próbatételt. A kifejtett erőhatás ugyan nagyon kicsi, de a hajtóművek működnek – legalábbis ezt mutatják a NASA Johnson Űrközpontjának független mérései. A hajtóanyag nélküli hajtómű működési elve egyelőre a NASA szerint sem teljesen tisztázott, mivel első látásra ellentmond a hatás-ellenhatás alapvető törvényének.
Newton harmadik törvénye szerint ugyanis egy fizikai kölcsönhatásban mindkét testre azonos nagyságú, de ellentétes irányú erő hat. Ennek köszönhető, hogy a puska visszaüti a vadász vállát, hogy egy balesetben mindkét autó összetörik, és az is, hogy képesek vagyunk egy műholdat Föld körüli pályára állítani. Ez a mélyen bebetonozott törvény évszázadok óta megbízhatóan működik, így nem meglepő, hogy a tudományos közélet gyanakvó az ennek látszólagosan ellentmondó, új űrhajtóművel szemben.
Az űrben nincs honnan elrugaszkodni, így ahhoz, hogy mégis sikerüljön megmozdulni – nem pedig csak sodródni céltalanul – valamit el kell lökni magunktól. A jelenség ismét ugyanaz, mint a visszacsapó puska esetében: a felrobbanó puskapor azonos erővel löki előre a golyót és hátra a vadászt, de mivel a kettő tömege között jelentős eltérés van, a golyó sebesen száguld tova, a lövész pedig csak kissé hátrahőköl. Amikor felugrunk a földfelszínről, akkor valójában a Föld az ellenkező irányba szintén elmozdul, de mivel a tömegek közti különbség óriási, a bolygónak ez meg se kottyan.
A hagyományos rakétahajtóműveknél a "kilőtt golyó" általában valamiféle forró gáz. Ahogy az űrrakéta gyors gázrészecskéket bocsát ki lefelé, az űrhajó elkezd felemelkedni a hatás-ellenhatás miatt. Ugyanez történt Sandra Bullockkal is a Gravitációban, ahol ő a nagynyomású tűzoltó készülékből kilőtt gázrészecskékkel próbálja saját magát az űrállomás felé lökni. A gáz lendületének nagysága megegyezik a színésznő lendületével, tehát működik a hatás-ellenhatás (sőt, az is segít, hogy elhajítja az egész palackot).
Lényegében bármit, aminek van tömege. Nemcsak összenyomott gáz szolgáltathat tolóerőt, hanem például elektromágneses tér is. A töltött részecskéket az elektromágneses tér is gyorsíthatja, nagy erőtér nagy sebességgel tudja kilőni őket.
Így működnek az ionhajtóművek. Először a nemesgáz-atomokat lecsupaszítják az elektronjaiktól, így pozitív töltésűek lesznek – tehát hat rájuk az elektromágneses erőtér –, majd rájuk kapcsolják a nagyfeszültségű áramforrást, amely kilövi őket. A hatalmas sebesség ellenére – kis tömegük miatt – mégsem képesek túl nagy tolóerő előállítására: ha egy autót hajtanánk meg vele az autópályán, akkor több napba telne felgyorsítani 100 km/h-ra. Az űrben viszont hasznos a technológia, például a Deep Space-1 űrszonda 1998 óta élesben is használ ionhajtóművet.
A Cannae LLC hajtóművének viszont úgy tűnik, nincs szüksége semmilyen hajtóanyagra.
Az ionhajtóművek üzemanyaga, a nemesgáz – általában xenon – idővel elfogy, hiszen szép lassan mindet felhasználja az űrhajó: ez a csillagközi utazás egyik fő gátja. Az évmilliárdokra elegendő napenergia vagy kis atomreaktorok segítségével működtethetjük ugyan egy űrszonda (vagy űrhajó) mérőeszközeit és magát a hajtóműhöz szükséges elektromágneses teret is, de végtelen mennyiségű nemesgázt, azaz hajtóanyagot nem vihetünk magunkkal. Ha elfogy a xenon, amit kilőhetünk, akkor marad a céltalan sodródás a világűrben – megint nem lesz mitől “elrugaszkodni”.
Itt jön a képbe a Cannae Drive, más néven Qdrive nevű új hajtómű. A feltaláló, Guido Fetta amerikai kutató állítja, hogy olyan különleges üregrezonátort – mikrohullámú-sütőkben is megtalálható, elektromágneses energiát tároló eszközt – készített, amely bekapcsolásakor az egyik irányba magától elindul anélkül, hogy bármelyik irányba távozna belőle hajtóanyag.
A hajtómű működése a sugárzási nyomás jelenségén alapul, ahol a kilőtt részecskék helyett sugárzás biztosítja a tolóerőt, például lézer formájában. Alapvető különbség valójában nincs a részecskékkel szemben, hiszen a sugárzás felfogható részecskeáramként és hullámként egyaránt.
A különlegesség inkább ott gyökerezik, hogy úgy tűnik: a hajtómű az egyik oldalra erősebben sugároz, mint a másikra, azaz a hatás nem egyenlő az ellenhatással. Ez olyan, mintha egy – minden szempontból megegyező – ikerpár két tagja egymással szemben állna, meglöknék egymást, majd az egyik valamiért nagyobbat esne.
Fetta nem ad egyértelmű választ arra, miért tűnik úgy, mintha a találmányánál nem működne a hatás-ellenhatás törvénye, de a NASA kutatóinak – akik élesben tesztelték a hajtómű-prototípust – vannak sejtéseik.
Nem érdemes azonnal kidobni a tankönyveket, hiszen ha valamire nem ad választ a klasszikus newtoni fizika, a kvantumfizika még mindig hozzásegíthet a megoldáshoz. A QDrive-ot tesztelő NASA-kutatók azt tartják a legvalószínűbbnek, hogy a kilőtt részecskék (vagy sugárzás) nem hiányoznak, csak nagyon nehéz őket észrevenni, mivel elég szokatlan helyről származnak.
A kvantumfizika szerint a vákuum csak távolról üres, valójában részecskék folyamatosan megjelennek és eltűnnek benne. A QDrive képes lehet arra, hogy „fülön csípje” ezeket az úgynevezett kvantumfluktuáció következtében keletkezett részecskéket, majd az ionhajtóműhöz hasonlóan kilője őket. Az üzemanyag tehát mégsem hiányzik, ott van a kvantumvákuumban.
Ha ez valóban így van, akkor a hatás-ellenhatás törvénye nem sérül. Ettől függetlenül a szenzáció így is nagy: egy működőképes QDrive új fejezetet nyithat az űrutazásban, lerövidítheti a csillagközi utazáshoz szükséges időt, közelebb hozva a távoli bolygókat.
Az ionhajtómű átlagosan 20-200 millinewton tolóerőt képes kifejteni, amely megfelel annak az erőnek, amellyel néhány (tíz) hangya nyomja a talajt. A Cannae Drive ennek csak az ezredrészére képes, a mikronewtonos tartományban működik, amely a Földön egy hajszálat is nehezen emelne meg.
A csillagközi utazáshoz tervezett űrhajóknak – a Földről indított rakétákkal ellentétben – nincs is szükségük nagy tolóerőre, hiszen nincs légkör vagy erős gravitációs vonzás, amit le kellene küzdeni. A csillagközi térben nincsenek efféle visszatartó erők, így ha a mikroméretű gyorsuláshoz hosszú idő társul, akkor az elérhető végsebességet csak a hajtóanyag mennyisége korlátozza – ez viszont a QDrive-nál bőségesen rendelkezésre állhat a vákuumból. Ez viszont ugyanígy érvényes a fékezésre is, az út felénél az űrhajónak el kell kezdenie lassítani, hogy a célállomásra minél kisebb sebességgel csapódjon be. Az űrhajó felbocsátásához viszont eltérő módszerre van szükség, a kvantumvákuum-hajtómű képtelen lenne a földfelszínről indítani egy rakétát.
A NASA fizikusa, Harold White szerint egy ilyen elven működő hajtóművel elméletileg a jelenlegi rekord 131 nap helyett csupán néhány hét alatt el lehetne jutni a Marsra. A legközelebbi csillaghoz, a Proxima Centauri nevű vörös törpéhez pedig kevesebb mint 30 év alatt repíthetne egy Qdrive meghajtású űrhajó. Ez a törpecsillag ionhajtóművel nagyjából 80 000 évnyire van tőlünk.
Nem szabad elsiklani afelett, hogy a feltaláló, Guido Fetta még semmilyen tudományos folyóiratban nem publikálta a kutatást, sőt a cég honlapja az utóbbi napokban nem érhető el így még nem tanácsos azonnal elkezdeni gyűjtögetni egy saját QDrive-ra. Majdnem egy évtizeddel ezelőtt a Cannae Drive alapjait is szolgáltató EmDrive hajtómű hasonló szenzációként indult, de azonnal kritikák kereszttüzében találta magát, amiből azóta is nehezen tudott kikecmeregni.
A NASA is figyelmeztet arra, hogy további vizsgálatokra van szükség, valamint arra, hogy végső soron az űrben, valós környezetben teszteljék a hajtóművet, ott kiderülhet, mit tud valójában. Fetta rengeteg nyitott kérdést hagyott maga után, a találmány viszont olyan ígéretes, hogy a tudományos közélet remélhetőleg hamarosan ítéletet mond felette.