Le lien curieux entre l'anomalie de survol et l'impossible propulseur EmDrive

Il y a environ 10 ans, un ingénieur en aérospatiale peu connu appelé Roger Shawyer a fait une déclaration extraordinaire. Prenez un cône tronqué, a-t-il dit, faites rebondir les micro-ondes à l'intérieur et le résultat sera une poussée vers l'extrémité étroite du cône. Voila… un propulseur révolutionnaire capable d'envoyer des engins spatiaux vers les planètes et au-delà. Shawyer l'a appelé l'EmDrive.

L'annonce de Shawyer a été extrêmement controversée. Le système convertit un type d'énergie en énergie cinétique, et il existe de nombreux autres systèmes qui font quelque chose de similaire. À cet égard, il est sans particularité.

Les problèmes conceptuels surviennent avec l'élan. La quantité de mouvement totale du système augmente à mesure qu'il commence à se déplacer. Mais d'où vient cet élan ? Shawyer n'avait aucune explication convaincante et les critiques ont déclaré qu'il s'agissait d'une violation évidente de la loi de conservation de la quantité de mouvement.

Shawyer a répliqué avec des résultats expérimentaux montrant que l'appareil fonctionnait comme il le prétendait. Mais ses détracteurs n'ont pas été impressionnés. L'EmDrive, ont-ils dit, équivalait à générer une poussée en se tenant à l'intérieur d'une boîte et en poussant sur les côtés. En d'autres termes, c'était de l'huile de serpent.

Depuis lors, quelque chose d'intéressant s'est produit. Diverses équipes du monde entier ont commencé à créer leurs propres versions de l'EmDrive et à les mettre à l'épreuve. Et à la surprise générale, ils ont commencé à reproduire les résultats de Shawyer. L'EmDrive, semble-t-il, produit vraiment de la poussée.

En 2012, une équipe chinoise a déclaré avoir mesuré une poussée produite par sa propre version de l'EmDrive. En 2014, un scientifique américain a construit un EmDrive et a persuadé la NASA de le tester avec des résultats positifs.

Et l'année dernière, la NASA a mené ses propres tests dans le vide pour exclure le mouvement de l'air comme origine de la force. La NASA a également confirmé que l'EmDrive produisait une poussée. Au total, six expériences indépendantes ont soutenu les affirmations initiales de Shawyer.

Cela laisse une énigme importante : comment expliquer la violation apparente de la conservation de la quantité de mouvement.

Aujourd'hui, nous obtenons une sorte de réponse grâce aux travaux de Mike McCulloch de l'Université de Plymouth au Royaume-Uni. L'explication de McCulloch est basée sur une nouvelle théorie de l'inertie qui fait des prédictions surprenantes sur la façon dont les objets se déplacent sous de très petites accélérations.

Tout d'abord un peu de contexte. L'inertie est la résistance de tous les objets massifs aux changements de mouvement ou aux accélérations. En physique moderne, l'inertie est considérée comme une propriété fondamentale des objets massifs soumis à une accélération. En effet, la masse peut être considérée comme une mesure de l'inertie. Mais la raison pour laquelle l'inertie existe a intrigué les scientifiques pendant des siècles.

L'idée de McCulloch est que l'inertie provient d'un effet prédit par la relativité générale appelé rayonnement Unruh. C'est la notion qu'un objet en accélération subit un rayonnement de corps noir. En d'autres termes, l'univers se réchauffe lorsque vous accélérez.

Selon McCulloch, l'inertie est simplement la pression que le rayonnement Unruh exerce sur un corps en accélération.

C'est difficile à tester aux accélérations que nous observons normalement sur Terre. Mais les choses deviennent intéressantes lorsque les accélérations impliquées sont plus petites et que la longueur d'onde du rayonnement Unruh devient plus grande.

À de très petites accélérations, les longueurs d'onde deviennent si grandes qu'elles ne peuvent plus tenir dans l'univers observable. Lorsque cela se produit, l'inertie ne peut prendre que certaines valeurs de longueur d'onde entière et saute ainsi d'une valeur à la suivante. En d'autres termes, l'inertie doit être quantifiée à de petites accélérations.

McCulloch dit qu'il existe des preuves observationnelles de cela sous la forme de la fameuse mouche par anomalies. Ce sont les étranges sauts d'élan observés dans certains engins spatiaux lorsqu'ils survolent la Terre vers d'autres planètes. C'est exactement ce que prédit sa théorie .

Il est difficile de tester cet effet plus attentivement sur Terre car les accélérations impliquées sont si faibles. Mais une façon de le rendre plus facile serait de réduire la taille des longueurs d'onde autorisées du rayonnement Unruh. C'est ce que l'EmDrive peut faire, dit McCulloch.

L'idée est que si les photons ont une masse inertielle, ils doivent subir une inertie lorsqu'ils se réfléchissent. Mais le rayonnement Unruh dans ce cas est minuscule. Si petit en fait qu'il peut interagir avec son environnement immédiat. Dans le cas de l'EmDrive, il s'agit du cône tronqué.

Le cône permet un rayonnement Unruh d'une certaine taille à la grande extrémité mais seulement une plus petite longueur d'onde à l'autre extrémité. Ainsi, l'inertie des photons à l'intérieur de la cavité doit changer lorsqu'ils rebondissent. Et pour conserver l'élan, cela doit générer une poussée.

McCulloch met cette théorie à l'épreuve en l'utilisant pour prédire les forces qu'elle doit générer. Les calculs précis sont complexes en raison de la nature tridimensionnelle du problème, mais ses résultats approximatifs correspondent à l'ordre de grandeur de la poussée dans toutes les expériences réalisées jusqu'à présent.

Fondamentalement, la théorie de McCulloch fait deux prédictions vérifiables. La première est que placer un diélectrique à l'intérieur de la cavité devrait améliorer l'efficacité du propulseur.

La seconde est que la modification des dimensions de la cavité peut inverser le sens de la poussée. Cela se produirait lorsque le rayonnement Unruh correspondrait mieux à la taille de l'extrémité étroite qu'à celle de l'extrémité large. Changer la fréquence des photons à l'intérieur de la cavité pourrait produire un effet similaire.

McCulloch dit qu'il existe des preuves que c'est exactement ce qui se passe. Cette inversion de poussée a peut-être été observée lors d'expériences récentes de la NASA, dit-il.

C'est une idée intéressante. L'EmDrive de Shawyer a le potentiel de révolutionner les vols spatiaux car il ne nécessite aucun propulseur, le plus grand facteur limitant des systèmes de propulsion d'aujourd'hui. Mais en l'absence de toute explication convaincante de son fonctionnement, les scientifiques et les ingénieurs sont naturellement méfiants.

La théorie de McCulloch pourrait aider à changer cela, même si ce n'est pas une idée courante. Il fait deux hypothèses difficiles. La première est que les photons ont une masse inertielle. La seconde est que la vitesse de la lumière doit changer dans la cavité. Ce ne sera pas facile à digérer pour de nombreux théoriciens.

Mais à mesure que des confirmations plus expérimentales de l'EmDrive de Shawyer émergent, les théoriciens sont contraints à une position difficile. Si ce n'est pas l'explication de McCulloch, alors quoi?

Réf : arxiv.org/abs/1604.03449 : Test de l'inertie quantifiée sur l'EmDrive

cacher