I slutten av juli presenterte en liten gruppe forskere et forsøk på en romfartskonkurranse i Ohio i USA, som skulle spre seg over hele verden i løpet av kort tid.

Forskerne beskrev en eksperimentell motor som bevegde seg bittelitt, selv om den tilsynelatende bryter grunnleggende naturlover.

Nyheten spredte seg som ild i tørt gress, og tok den nerdete delen av internett med storm.

Mystiske krefter i spill?

Forskerne kom fra noe som kalles Eagleworks, en liten forskningsgruppe ved NASA som skal utforske eksotiske ideer innenfor fysikk og romfartsteknologi, på grensen av kjent naturvitenskap.

Selve motoren er en merkelig maskin, og kalles en RF resonant cavity thruster. Maskinen er en lukket, rund metallbeholder, som kalles en Cannea-Drive.

Mikrobølger blir sendt inn beholderen, og spretter rundt der inne, og maskinen skal så ha gitt et ørlite utslag på et svært sensitivt instrument som måler skyvekraft.

Men ingen energi forlater selve motoren, som for eksempel drivstoffet ut av en rakettdyse, eller lufta som går ut av en ballong som flyr framover.

En slik motor skal ikke gå an ifølge Newtons lover. Teknologimagasinet Wired sammenligner det med å bevege en bil ved å dytte den fra innsiden.

Eagleworks-forskerne sier at denne maskinen kan revolusjonere romfarten og åpne opp de enorme avstandene i verdensrommet.

Motoren skal ha produsert rundt 0,00004 Newton i framdrift. En Newton er kraften det trengs for å akselerere en kilo i en meter per sekund, så det er ikke snakk om store krefter, men forskerne tror raffinering og oppskalering kan gi en motor som faktisk kan brukes til satellitter og romskip.

De går så langt som å beskrive hvordan denne motoren kan brukes på oppdrag til Mars og Jupiter.

Den trenger ikke drivstoff som en rakett, bare en strømkilde, for eksempel et solcellepanel.

Ved hjelp av solcellene kan den akselerere uten stans, og oppnå svært høye hastigheter, uten all vekten eller bryderiet med å ta med seg drivstoff.

Men Eagleworks-laboratoriumet ikke er de første som viser denne effekten. Et kinesisk laboratorium har også publisert en artikkel hvor de mener å påvise skyvekraft fra en lignende maskin.

Men hvis denne maskinen lager framdrift, og tilsynelatende bryter naturlovene, hva er det egentlig som foregår her?

– Kvasivitenskap

– Jeg tviler ikke på at de faktisk har målt framdrift, sier fysiker Bjørn Samset ved Cicero-senteret.

Han tror motoren faktisk har gått framover, men det er store problemer med både teorien om hvorfor den fungerer og selve metoden.

Forsøket skulle bare undersøke om motoren kunne lage framdrift, og forskerne går ikke inn i teorien om hvorfor denne maskinen produserer framdrift.

Allikevel hevder de at det ikke kan knyttes til noe kjent elektromagnetisk fenomen, og effekten kan potensielt komme fra det de kaller ”det virtuelle kvantevakuum-plasmaet”.

– Dette er veldig ullent og kvasivitenskapelig, sier Samset.

– Hvis man skal gjøre et vitenskapelig forsøk, må man ha en hypotese. Her har de satt opp et forsøk og har bare en vag idé om hvorfor motoren skal fungere.

For å forstå hvorfor forskerne tror denne motoren beveger seg, må vi bevege oss inn i kvantefysikken.

Kvantevakuumet

Før i tiden trodde man at et perfekt vakuum var helt tomt.

Men det har vist seg å ikke stemme, takket være kvantefysikkens merkelige verden.
Selv i et perfekt vakuum er det masse partikler og antipartikler, som hele tiden skifter mellom eksistens og ikke-eksistens.

Disse kvantefluktueringene endrer energinivåene i vakuumet på en ekstremt liten skala, og kan måles.

– Dette kalles også nullpunktsenergi, siden det er den laveste stadium av energi som vi vet om, som fortsatt ikke er null, sier Samset.

Disse partiklene som oppstår og forsvinner kalles virtuelle partikler.

Disse partiklene oppfører seg annerledes enn det vi kan kalle ekte partikler, siden egenskapene endrer seg på en tilfeldig måte.

– Disse partiklene har egentlig ingen egenskaper hvis man måler dem over tid, forteller Samset.

Man tror at disse virtuelle partiklene ”låner” energi fra universet rundt, som så omfordeler seg når partiklene forsvinner igjen.

Eagleworks-forskerne tror at motoren utnytter denne nullpunktsenergien.

Så hvorfor går motoren framover?

Motoren er full av mikrobølger som spretter rundt inne i metallbeholderen. Samset forklarer hvordan forskerne har tenkt seg at motoren gir framdrift.

– Mikrobølgene kolliderer med de virtuelle partiklene. Siden apparatet er asymmetrisk, skal disse kollisjonene en eller annen måte danne et trykk mot den ene kanten, som så gir framdrift.

– Men dette er ikke mulig, og det mangler en teknisk forklaring på hvordan de har tenkt at dette faktisk foregår, forteller Samset.

Flere andre fysikere har også kritisert denne vage forklaringen bak framdriften, og resten av eksperimentet.

Samset og andre fysikere kritiserer også begrepet ”virtuell kvantevakuum-plasma”, siden de virtuelle partiklene oppfører seg som nettopp virtuelle partikler, og ikke plasma, som er elektrisk ladet gass.

Samset forteller at siden virtuelle partikler ikke har de samme egenskapene som ekte partikler, kan de heller ikke kollidere med noe.

– Du kan ikke bruke virtuelle partikler for å få en dytt andre veien, da ville de vært ekte partikler.

– Det er som om de har tatt et konsept fra kvantefysikken, og brutt noen av forutsetningene som ligger til grunn for teorien.

Samtidig dukker de fysiske lovene opp igjen, som sier at man ikke kan ha en reaksjon uten en motreaksjon, som i en god gammeldags rakettmotor.

Eksperimentfeil?

Dermed kan det være at effekten koker ned til eksperimentfeil, på en eller annen måte.

Hvis denne motoren skulle fungert i verdensrommet, må den ha blitt testet i vakuum, i samme forhold som det er der ute.

Men det er uklart om forskerne har testet motoren under disse forholdene. Det virker som om tekniske begrensininger ikke gjorde det mulig å teste apparatet i et nær perfekt vakuum. Samset ser for seg en mulig feilkilde.

– Når du pumper så mye energi inn i en metallbeholder, vil den varmes opp. Det vil varme opp luften rundt, og på grunn av temperaturforskjellene kan det bli i en luftstrøm som lager en liten kraft, forteller Samset.

– De har ikke gjort noen forsøk på å sjekke for eksempel denne feilkilden, sier Samset.

En kontroversiell motor

Motoren er bygget av en amerikansk oppfinner, og Eagleworks gikk med på å teste maskinen.  En annen variant av en mikrobølgemotor var i medias søkelys for en del år siden, kalt EmDrive.

Det populærvitenskapelige magasinet New Scientist publiserte en forsidesak på denne motoren i 2006, og ble møtt med massiv kritikk fra flere fysikere den gangen.

– Det hadde vært kjempekult om denne maskinen fungerte på en måte vi ikke forstår, men det er mye som kan gå galt når du gjør et så komplisert eksperiment, sier Samset.

Selve motoren skal nå gjennom flere tester, så får man se om det kommer noe nytt, eller om hele konseptet kan avskrives som eksperimentfeil eller feilantagelser.

Referanse:

D. Brady m.fl.: Anomalous Thrust Production from an RF Test Device Measured on a Low-Thrust Torsion Pendulum, http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2014-4029 

J. Yuan m. fl.: Prediction and experimental measurement of the electromagnetic thrust generated by a microwave thruster system DOI: 10.1088/1674-1056/22/5/050301

Wired Magazine - Why NASA’s Physics-Defying Space Engine Is Probably Bogus

Fysiker John Baez' kritikk av motoren