Cuando un NASA El ingeniero anuncia un nuevo y revolucionario motor que podría llevarnos a las estrellas, es fácil emocionarse. Pero los demonios están en los detalles, y cuando miras el artículo real, las cosas parecen mucho menos prometedoras.
Para empezar, el artículo es un resumen de una idea, no un trabajo revisado por pares. Como señala el autor David Burns en la última página, el concepto básico no está probado, no ha sido revisado por expertos y pueden existir errores matemáticos. El "motor helicoidal" propuesto por Burns también sería una unidad sin reacción similar a la EM-Drive, por lo que violaría la tercera ley de movimiento de Newton. Sería fácil descartar el trabajo y seguir adelante, pero me gustaría ver los detalles porque es una idea interesante (aunque defectuosa).
Comencemos con unidades sin reacción en general. Tanto este motor helicoidal como el EM-Drive son "sin reacción" porque, a diferencia de los cohetes y propulsores tradicionales, no expulsan el propulsor. En esencia, todos los cohetes se basan en la tercera ley de movimiento de Newton, que dice que para cualquier fuerza que apliques a tu cohete debe haber una contrafuerza igual aplicada a otra cosa. Para un cohete, eso es algún tipo de combustible. Tire el gas caliente por la parte trasera de su cohete a alta velocidad, y según la Tercera Ley de Newton, el cohete avanza. Pan comido.
El problema con esto es que para que tu cohete funcione realmente rápido, debes llevar un montón de combustible contigo. El Saturno V, por ejemplo, necesitaba quemar aproximadamente 20 kilogramos de combustible por cada 1 kilogramo de carga útil solo para llegar a la Luna.
Las cosas empeoran cuanto más lejos viajas. Si quisiera enviar una sonda a las estrellas más cercanas, necesitaría aproximadamente 2,000 kilogramos de combustible por cada kilogramo de carga útil, y su viaje aún tomaría 100,000 años. Por lo tanto, es seguro decir que los cohetes tradicionales no nos llevarán a las estrellas.
Un impulso sin reacción es diferente. Proporcionaría empuje a su cohete sin tirar combustible por la parte trasera, por lo que no necesita todo ese peso extra. Todo lo que necesita es energía, que podría obtener de paneles solares o un reactor de fusión. La relación de combustible a carga útil sería básicamente de 1 a 1. El único inconveniente es que las unidades sin reacción violan la tercera ley de Newton.
Ahora, podría argumentar que Einstein demostró que Newton estaba equivocado, lo cual es cierto, pero la teoría de la relatividad de Einstein está de acuerdo con la tercera ley de Newton. Lo mismo ocurre con la teoría cuántica. Si las unidades sin reacción funcionan, entonces tres siglos de física están equivocados.
Los fanáticos del EM-Drive argumentan exactamente eso. El EM-Drive funciona, dicen, por lo que la Tercera Ley de Newton está equivocada. Período. Lo que hace que este nuevo motor helicoidal sea interesante es que, en lugar de simplemente violar la tercera ley de Newton, trata de enfrentar a Newton contra sí mismo utilizando una masa relativista.
La idea básica es mover una masa de un lado a otro dentro de un cohete, como hacer rebotar una pelota de un lado a otro. Si hicieras eso con una masa normal, cuando la pelota golpee la parte delantera del cohete, el cohete se movería hacia adelante un poco, y cuando la pelota golpee la parte posterior, el cohete retrocedería un poco. En otras palabras, el cohete se tambalearía hacia adelante y hacia atrás mientras la pelota rebota hacia adelante y hacia atrás.
Burns propone hacer esto con partículas en un acelerador de partículas helicoidal. Entonces, a medida que las partículas suben y bajan por la hélice, el cohete se mueve según la Tercera Ley de Newton. Pero Burns también propone acelerar las partículas a casi la velocidad de la luz, ya que están en la parte delantera del cohete y reducir su velocidad en la parte posterior. La relatividad dice que las partículas que se mueven cerca de la velocidad de la luz tienen mayor masa que las partículas más lentas, por lo que son más pesadas en la parte delantera del cohete que en la parte trasera.
Volviendo a la analogía de la pelota, esto sería como si su pelota mágicamente ganara masa antes de que golpeara el frente del cohete, y pierda masa antes de que golpee la parte trasera. Según las leyes de Newton, esto significa que la bola le daría al cohete un mayor empuje hacia adelante que hacia atrás, y el cohete aceleraría hacia adelante.
Si pudieras usar una bola mágica de cambio de masa, esta idea funcionaría. Pero la relatividad todavía obedece la tercera ley de Newton, por lo que la idea no funciona en el mundo real. Burns tiene razón en que hay un error en su trabajo, pero es sutil.
Su diseño solo acelera el movimiento circular de las partículas, por lo que supone que su velocidad hacia adelante y hacia atrás a lo largo del eje del cohete debe permanecer constante. Pero en la relatividad, a medida que aumenta la masa de las partículas, su velocidad a lo largo del eje se reduciría. Esto se debe a los efectos relativistas de la dilatación del tiempo y la contracción de la longitud. Como resultado, las partículas le dan al cohete un empuje igual en ambos extremos. Las teorías de Einstein no te permiten moverte por Newton.
Para ser justos, Burns sabía que su idea era una posibilidad remota, y es por eso que la presentó para que otros la revisen. De eso se trata la ciencia. Por eso también vale la pena entusiasmarse un poco cuando se presentan ideas como esta. La mayoría de ellos fallarán, pero algún día uno podría funcionar. Después de todo, podríamos llegar a las estrellas, pero solo si estamos dispuestos a seguir probando nuevas ideas.
Fuente: Motor helicoidal de David Burns
