サイエンス

光の99%の速度を出せる「ヘリカルエンジン」をNASAのエンジニアが考案

By Stevebidmead

NASAのエンジニア、デイビッド・バーンズ氏が特殊相対性理論を活用して、理論上は光の99%の速度まで加速可能な「ヘリカルエンジン」を考案しました。

NASA Technical Reports Server (NTRS) - Helical Engine
https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20190029657

NASA engineer's 'helical engine' may violate the laws of physics | New Scientist
https://www.newscientist.com/article/2218685-nasa-engineers-helical-engine-may-violate-the-laws-of-physics/

Near-infinite specific thrust from drive that ignores physics | Ars Technica
https://arstechnica.com/science/2019/10/corkscrewing-bouncy-ion-drive-would-provide-thrust-in-different-universe/

NASA Engineer Claims 'Helical Engine' Concept Could Reach 99% The Speed of Light
https://www.sciencealert.com/no-this-new-space-engine-isn-t-going-to-break-physics

ヘリカルエンジンの仕組み自体は単純で、NewScientistではムービーを使ってその仕組みをわかりやすく示しています。

床に置かれた箱の中に前後に移動できる物体があるとします。また、この空間で摩擦は考えないものとします。以下の図では、左側が「後方」、右側が「前方」となっています。


この物体を箱に取り付けられたバネなどを使って前方に動かしたとします。すると、「作用・反作用の法則(運動の第3法則)」によって箱は後方に動きます。


物体と箱の前方部が衝突すると……


衝突によって、箱は前方に進み、物体は後方に動きます。


後方に動いた物体は今度は箱の後方に衝突。これにより、前方に進んでいた箱は後方へ戻りはじめ、一方で、物体が前方へと動きます。摩擦などによるエネルギーロスがない場合、物体と箱の前方部との衝突と物体と箱の後方部の衝突の大きさは同じなので、結果的に箱は前後に周期的に運動するだけで、「どちらか一方へ進んでいく」ということはありません。


しかし、仮に物体の質量が前方部で衝突するときには増加し、後方で衝突するときには減少すれば、前方部の衝突の大きさは後方部の衝突の大きさを上回り、結果として箱は前方に進みます。


考案されたヘリカルエンジンは、「物体は光速度に近づくと質量を得る」という特殊相対性理論の結論を採用したもの。先ほどの図中にある「前後に動く物体」としてイオンを用い、強力な磁場をかけて、エンジン前方に衝突するイオンを加速させて質量を増やす一方で、エンジン後方に衝突する際はイオンを減速させて質量を減らすことで、推力を得るという仕組みです。バーンズ氏によるとヘリカルエンジンを長時間駆動すれば、光速の99%の速度まで実現可能とのこと。

しかし、ヘリカルエンジンはあくまでもコンセプトで、さまざまな問題点が挙げられています。試算によると、1Nの推力を得るためには、165MWもの電力と、長さ200m・直径12mという巨大なエンジンが必要。さらに「摩擦のない空間」も必要です。

オランダのフォンティス応用科学大学で物理学を教えるクリス・リー氏は、「電場によってイオンを加速させると、電場にはイオンによって押し戻される力が働きます。そのため、このエンジンは稼働しません」と述べています。バーンズ氏は実現に向けての問題点を率直に認めた上で「実用化されるアイデアを発明するということは本当に難しいものです。『実現できないアイデアだ』と言われたとしても、公開することに価値があります」とコメントしています。

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in サイエンス, Posted by log1k_iy

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