För varje handling finns det en lika och motsatt handling. Denna formulering av Newtons tredje lag har två mycket viktiga konsekvenser: för det första finns det en fysisk kvantitet som alltid bevaras i universum (momentum), och för det andra är fysikens lagar desamma oavsett din position i rymden. Det verkar som att bara några få ord, men i själva verket är de kolossala, för om du till exempel vill tvinga en enhet att ändra rörelse, måste du driva den med något.
Detta kan vara raketavgas, däck mot vägen, tåghjul på räls eller till och med fotoner som studsar från ett segel. Det enda som är förbjudet är den så kallade inercoiden, rörelse utan reaktion: handling utan reaktion. Detta är vad EMDrive - en "omöjlig" rymdmotor som nyligen klarat NASA-tester sägs vara. Om det faktiskt fungerar som annonserat bryter det fysikens lagar. Men det finns också ett möjligt kryphål: kanske det finns en reaktion, vi hittade det bara inte. Det är möjligt att det finns opposition, men det är förknippat med mörk materia.
Enligt standardmodellen för kosmologi är det mesta av materien i universum inte i form av atomer eller andra kända partiklar. Nej, den stora majoriteten av massan - med 5 till 1 skillnad - är mörk materia. Mörk materia kolliderar inte, förstörs inte och interagerar inte längre med sig själv eller med andra, vanliga ämnen under några kända omständigheter, med undantag för gravitationspåverkan. 13,8 miljarder år senare har den bildat ett jätte, diffust kosmiskt nätverk av gravitationsstrukturer och enorma sfäriska glorier över en miljon ljusår i diameter som ramar in galaxer som våra. Mörkt material genomsyrar varje kvadratcentimeter av vår galax, inklusive varje objekt på jorden, även våra kroppar, om än i små mängder.
Under vissa förhållanden kan emellertid mörk materia övertalas att interagera med sig själv eller med vanlig materia, beroende på dess natur. Om mörk materia består av WIMP: er (WIMP, en svagt samverkande massiv partikel), skulle produkten av dess förintelse kunna detekteras av detektorer. Om den består av mycket lätta, lågmassiga partiklar av axioner, kan den kombineras med fotoner under vissa förhållanden. Ett av experimenten som syftar till att hitta axioner är känt som ADMX: axionsexperimentet för mörk materia. 1983 uppfann fysiker Pierre Sikivi axionhaloskopet och utnyttjade det faktum att ett axion-fotonpar kan förstärkas under vissa förhållanden i ett elektromagnetiskt hålrum. Tjugo år senare växte ADMX ur denna studie och sedan dess har forskare letat efter axioner med denna metod.
Hittills har deras sökning ännu inte krönats med framgång. Kanske finns axioner inte, eller om de inte är mörk materia kan de ha olika parametrar för vilka ADMX inte är tillräckligt känslig. Det är mycket möjligt att olika elektromagnetiska hålrum med olika egenskaper kan aktivera interaktioner med axioner. Eventuellt kan fotonaxioninteraktioner uppstå, och hålrummet med de erforderliga parametrarna ledde till spridning av axioner i den föredragna riktningen. Det är osannolikt, men helt acceptabelt, att EMDrive är ett sådant hålrum.
Hur det fungerar? Vid varje given tidpunkt passerar mörkmaterialpartiklar genom alla rymdområden utan att begränsas av närvaron av materia eller andra partiklar i standardmodellen. I det elektromagnetiska hålrummet hoppar fotoner med en viss frekvens i alla riktningar, bibehåller fart och skapar inte tryck. Men om fotonerna rör sig i en viss riktning - till exempel till baksidan av kaviteten - kan de kollidera med partiklar av mörkt material och detta kommer att vara:
Kampanjvideo:
- Fotonen ändrar fart och rör sig "lite mindre bakåt" och "lite mer framåt" än det var innan kollisionen med en partikel av mörk materia.
- Fotonen kolliderar med kavitetens vägg, reflekterar från den och sänder en impuls i riktningen framåt för själva kaviteten.
- En partikel av mörk materia får en impuls i precis motsatt riktning: tillbaka.
- Momentumet bevaras eftersom den mörka materien bär det bort, lika och motsatt i storlek som det som absorberar kaviteten.
Om detta är vad som händer, är detta ett verkligt genombrott. Eftersom mörk materia finns överallt, skulle vi bara behöva en energikälla - inte bränsle - för att resa genom galaxen, för vi kan hitta tillräckligt mörk materia när som helst i rymden. Detta innebär att vi får en metod för att upptäcka mörk materia som av misstag kolliderar med våra partiklar och därmed bekräftar dess existens. Och viktigast är att allt detta inte bryter mot fysikens lagar, eftersom momentumet bevaras.
EMDrive-testresultaten har ännu inte bevisats. Det finns många potentiella felkällor, och själva mätningarna indikerar en stor osäkerhet i hur mycket drivkraft som produceras. Det är ännu inte klart om det verkligen finns ett drivkraft utan reaktion, eller om det finns en reaktion som vi ännu inte har hittat.
Och förklaringen som involverar mörk materia kommer också att vara tvivelaktig, eftersom den kräver många okända. Men om EMDrive verkligen arbetar med mörk energi, och mysteriet med mörk materia löses en gång för alla på det mest oväntade sättet, kommer det att bli otroligt.
ILYA KHEL
