A pilótahullámok által vezethetnénk gyorsabban a jövő űrhajóit?
A pilótahullámok által vezethetnénk gyorsabban a jövő űrhajóit? - A kvantumelmélet egy modelljével érvényesítenék tudományosan az elektromágneses hajtómű elméletbeli működési lehetőségét
Csábítónak tűnik az a gondolat, hogy kvázi-fénysebességgel tudnánk beutazni az űrhajóinkkal a galaxisunkat - újabb és újabb világokat, exobolygókat felfedezve. A filmek világában a Star Trek vagy a Star Wars részeibe belegabalyodva könnyen meg tudnánk barátkozni a látott science fiction technológiával, sajnos azonban még nagyon gyerekcipőben járunk egy ilyen űrjármű kifejlesztése kapcsán. Több probléma is felmerül, mint a kozmikus sugárzás elleni teljes védelem, és persze az energiafelhasználást illetően hiperhatékony, szupersebességre képes hajtómű. Jelenleg a térhajtómű teljesen utópisztikus elképzelésnek tűnik, az ún. EM-, vagyis elektromágneses (ElectroMagnetic) hajtóműben több fantázia látszik a kivitelezés terén, ám egyelőre egy-két értékelhető kísérletet leszámítva ez is inkább (még) egy elméleti kidolgozás. Viszont mindenképp izgalmas elképzelés, hiszen a számítások szerint csak kb. 70 napig tartana vele a Marsra utazás, és csupán 92 esztendeig a Proxima Centauri csillag rendszere. A fő kérdés továbbra is az, hogy ez valóban működőképes lehet-e, vagy a fizika törvényei keresztezik-e a számításainkat?
Az EM-hajtómű egy elektromágneses elven működő hajtómű, ami zárt térben ütköztetett mikrohullámok segítségével mozgatná az űrhajókat, műholdakat. Ez a működésmód viszont elméletben ellentmond a klasszikus fizikai hatás-ellenhatás szabályának, azaz Newton harmadik törvényének, mely szerint szükség lenne valamire, ami kijön abból az üregből, hogy a hajtómű a másik irányba tudjon haladni. Minden reakciónak egyenértékű ellentétes reakciót kéne kiváltania. Mivel az elektromágneses hajtómű nem használ üzemanyagot, nincs mit kibocsátania. A most használt, elégethető üzemanyaggal működő rakéták ez alapján épültek, az üzemanyagot kilökik magukból hátra, a rakéta maga viszont ennek hatására pont ellentétes irányba, előre mozdul.
A nyár elején finn tudósok a Helsinki Egyetemen, a Jyväskylä Egyetemen és a Cosmol nevű vállalatnál teórikusan kidolgoztak egy megoldást: egy olyan hajtóműre, ami fényt bocsát ki [1]. Erre azért nem jöttek reá korábban, mert a kutatók szerint a kibocsátott fotonok párban állnak és kioltják egymást. Pontosan úgy, mint midőn a vízben a hullám egy hullámvölggyel találkozik. Bár két hullám is ott van, mi mégsem látunk belőlük semmit, a víztükör fodrozatlan marad, mert kioltották egymást.
Rengeteg digitális tintát használtak már el az EM-hajtóműről folytatott viták során. Nyilvánvalóan nem a szokványos, standard alapokon alapulna a működése, mint amiket eddig elfogadtunk, láthatólag ez alaposan ki is fog rajtunk, mert nem nagyon tudjuk, hogyan is oldjuk meg a hirtelen keletkező elméleti problémákat ezzel kapcsolatban [2]. Sokak szerint a tolóhatás az ún. Unruh sugárzás [3] eredménye lehetne, más tanulmány pedig arra hivatkozik, hogy a kvantumelmélet ún. pilótahullám modellje lehet a megoldás.
Fő jellemzője a kvantumelméletnek, hogy ellenkezik a józan, hétköznapi gondolkodásunkkal, főleg a kettős részecske-hullám viselkedése miatt [4]. Helyzettől függően mindkét állapot jellemzőit felvehetik a kvantumos objektumok, ami a Heisenberg-féle határozatlansági reláció [5] megkötésére vezethető vissza. A koppenhágai interpretáció szerint a testet a hullámtermészet határozza meg. A hullámfüggvény a részecske egy adott ponton történő megtalálásának az esélyét, valószínűségét írja le. A kvantumos test meghatározhatatlan, valószínűségi állapotban van, amit a hullámfüggvény ír le, egészen addig, amíg ”meg nem figyelik”. Ekkor a hullámfüggvény állapota összeomlik és felvesz egy meghatározott értéket.
Noha a koppenhágai interpretáció nem a leghatékonyabb leírása a kvantumelmélet értelmezésének a pontosság szempontjából, mégis az alapötlete, hogy a kvantumos test helyhez köthető (lokális), egyúttal meghatározatlan állapotban van, kielégítőnek bizonyul egyelőre számunkra. Ebben térnek el a kvantumos objektumok a klasszikus, newtoni elemektől, amik lokálisak és meghatározhatóak. Megtudhatjuk, hogy egy mérkőzésen milyen utat jár be az elrúgott focilabda, és hogy mit csinál éppen egy adott pillanatban.
A vezérhullám (vagy hivatalosabban: pilótahullám) [6] modell más módon kezeli a kvantumos határozatlanságot. Eszerint egyetlen egyszerű hullámfüggvény helyett a részecskék egy fő hullám által vannak vezérelve, melynek állapotegyenlete irányítja a részecskék kapcsolatát, és aminek időbeli viselkedését a Schrödinger-egyenlet határozza meg. Mivel a részecske helyzetét ez a vezérhullám szabja, ezért mutathat hullámtulajdonságokat, midőn megvizsgáljuk. Ebben a modellben a részecskék meghatározottak, azonban nem lokálisak. Mivel a pilótahullám és a koppenhágai interpretáció is ugyanazt az eredményt adja, így a választás a kettő között lehetne akár egyéni preferencia kérdése is. Helyhez köthetőség és meghatározatlanság, vagy meghatározottság és nemlokalitás. De van itt még valami.
Ugyanolyannak tűnik a két megközelítés, ám nagyon más a valóság természetéről alkotott felvetésük. A klasszikus kvantummechanika amellett érvel, hogy a kvantumelmélet határa a fizika határa is egyben, tehát lényegében a kvantumelmélet mindent elmond a kvantumos rendszerekről. A vezérhullám elmélete viszont azt állítja, hogy a kvantumelmélet nem árul el mindent, és léteznek rejtett változók a rendszeren belül, amiket kvantumos kísérletekkel se találhatunk meg. A kvantumelmélet korai időszakában volt némi vita erről a témáról és a kérdéseiről, viszont az elméleti érvek és az EPR-kísérlethez [7] hasonló történések is azt mutatták, hogy nincsenek rejtett variánsok. Szóval néhány, David Bohmhoz (aki egyébként egy remek elméleti fizikus) hasonló támogatót leszámítva a pilótahullám elmélet kikopottnak tekinthető egy ideje a tudomány köztudatából. Viszont újabban kiderült, hogy a rejtett változókat kizáró érvek mégse olyan erősek, mint hittük, és ez, a vezérhullám tulajdonságokat mutató, apró szilikonolaj cseppekkel végzett kísérletekkel [8] együtt újra teret adott az elméletnek.
Hogy kapcsolódik mindez a legújabb EM-hajtómű kutatáshoz? Kétségbeesésükben, hogy bebizonyítsák, az EM-hajtómű nem sértené a fizika szabályait, a kutatók amellett kezdtek érvelni, hogy mindez a pilótahullám hatása. Szóval nem csak azt állítják, hogy a vezérhullám elmélet is hiteles és érvényre jutódik a kvantummechanikában, hanem azt is, hogy a pilótahullámok a nullponti energia nevű kvantumos háttérfluktuációból származnak. Tehát a vezérhullámokon keresztül a hajtómű képes a Világmindenség vákuumos energiájára csatlakozni és így kikerülni a fizikával történő pepecselést? Nos, ez egyértelműen inkább fantazmagória, mint érvelés. A pilótahullám modell érdekes és érdemes vizsgálni, de áltudományos célokra használni olcsó vásári mutatvány és nem túl kielégítő tudományos szempontból. Annak lenne értelme, ha kísérletileg bizonyítanák, amire eddig sajnos nem igazán volt példa.
Az EM-hajtóműről szóló vita arról szólna, hogy működhet-e avagy sem, szóval a kutatóknak az lenne a legjobb, ha megpróbálnák bebizonyítani, hogy a hatás valódi. Bár néhány érdekes lépést már tettek ebbe az irányba, az előttük álló út még rettentően hosszú, hisz gyerekcipőben sem járunk még. Pelenkában totyogni pedig ennél is óvatosabban érdemes.
Kép: Egy jövőbeli földi, EM-hajtőműves technológiával rendelkező űrhajó fantáziarajza.
Hívatkozások:
1. Patrick Grahn, Arto Annila, Erkki Kolehmainen - On the exhaust of electromagnetic drive. 2016.06.07. Link: http://scitation.aip.org/…/journ…/adva/6/6/10.1063/1.4953807
2. Angol Wiki – Unruh-effect: https://en.wikipedia.org/wiki/Unruh_effect
3. SG – hírek: https://sg.hu/…/sikerrel-teszteltek-az-elektromagneses-megh…
4. Koncz H. Attila: A valóság illúziója – A fizikában nem minden az, aminek először látszik. 2016. 12.04. Link: https://www.facebook.com/koncz1987/photos/a.1773252212900233.1073741829.1772024769689644/2178277319064385/?type=3&theater
5. Koncz H. Attila: Heisenberg tükre. 2016.02.05. Link: https://www.facebook.com/koncz1987/photos/a.1773252212900233.1073741829.1772024769689644/1974167769475342/?type=3&theater
6. Angol Wiki – Pilótahullám: https://en.wikipedia.org/wiki/Pilot_wave
7. Koncz H. Attila: Kvantumösszefonódás - az EPR-párok kísérteties kölcsönhatása. 2016.02.14. Link: https://www.facebook.com/koncz1987/photos/a.1773252212900233.1073741829.1772024769689644/1979158665642919/?type=3&theater
8. Is this what quantum mechanics looks like? (Silicone oil droplets provide a physical realization of pilot wave theories.) Videolink: https://www.youtube.com/watch?v=WIyTZDHuarQ
Forrás: Daniel M. Harris - Visualization of hydrodynamic pilot-wave phenomena. (J Vis) 2016.06.02. Link: http://math.mit.edu/…/wp-co…/uploads/2016/09/JOVI-S-2016.pdf
Szöveg: Koncz H. Attila
