Der Woodward-Antrieb: Mit „seltsamem Schub“ in die Zukunft? (2) Der Wikipedia-Artikel

Von Deep Roots (Eigentext, Übersetzungen und CAD-Grafiken); ursprünglich erschienen Ende 2015 auf „As der Schwerter“, hier in der aktualisierten Fassung vom 14. April 2017, wegen der Länge in drei Teilen nachveröffentlicht.

Hier folgt nun als Fortsetzung von Teil 1 meine Übersetzung des darin verlinkten Wikipedia-Eintrags über den Woodward-Effekt (die beiden Abschnitte „Related theories“ und „Quantum mechanics“ am Schluß habe ich für diesen Zweck hier weggelassen):

 

Der Woodward-Effekt

Der Woodward-Effekt, auch als ein Mach-Effekt bezeichnet, einer von mindestens drei vorhergesagten Mach-Effekten, ist Teil einer Hypothese, die von James F. Woodward im Jahr 1990 vorgebracht wurde. Die Hypothese besagt, daß vorübergehende Massefluktuationen in jedem Objekt auftreten, das innere Energie aufnimmt, während es eine Eigenbeschleunigung erfährt. Die Nutzung dieses Effekts könnte einen Schub erzeugen, von dem Woodward und andere behaupten, ihn in verschiedenen Experimenten zu messen. Falls seine Existenz bewiesen wird, könnte der Woodward-Effekt für die Konstruktion von Raumfahrzeugtriebwerken verwendet werden, eines Feldantriebsmotors, der für die Beschleunigung keine Masse ausstoßen müßte. Solch ein Triebwerk, Mach-Effekt-Triebwerk genannt, wäre ein Durchbruch in der Raumfahrt. Bisher ist kein abschließender Beweis für die Existenz dieses Effekts vorgelegt worden. Experimente zur Bestätigung und Nutzung dieses Effekts durch Woodward und andere gehen weiter.

Wie der Hypothese zufolge Schub durch den Woodward-Effekt erzeugt werden soll: Das „C“ stellt ein Kondensatorelement dar, „L“ ein Induktionsspulenelement. [„Transducer“ = Energieumwandler]

DIE MACH-EFFEKTE

Laut Woodward sind mindestens drei Mach-Effekte theoretisch möglich: Schub mit einem gerichteten Impuls, eine offene Krümmung der Raumzeit und eine geschlossene Krümmung der Raumzeit.

Der erste Effekt, der Woodward-Effekt, ist der am wenigsten Energie erfordernde Effekt der Hypothese. Beim Woodward-Effekt konzentriert man sich hauptsächlich auf den Beweis der Hypothese und auf die Schaffung der Grundlage für ein Mach-Effekt-Triebwerk. Beim ersten der drei allgemeinen Mach-Effekte für Antrieb oder Transport ist der Woodward-Effekt ein Impulseffekt, der für die Positionseinhaltung von Satelliten im Orbit nutzbar ist, für Rückstoßkontrollsysteme von Raumfahrzeugen oder im besten Fall für den Antrieb innerhalb des Sonnensystems. Der zweite und dritte Effekt sind Effekte der offenen und geschlossenen Raumzeit. Effekte der offenen Raumzeitkrümmung können für Felderzeugungssysteme genutzt werden, um Warpfelder zu erzeugen. Effekte der geschlossenen Raumzeitkrümmung wären Teil eines Felderzeugungssystems für die Schaffung von Wurmlöchern.

Der dritte Mach-Effekt ist ein Effekt der geschlossenen Raumzeitkrümmung oder einer geschlossenen zeitähnlichen Kurve, die man ein gutartiges Wurmloch nennt. Geschlossen gekrümmten Raum nennt man allgemein Wurmloch oder Schwarzes Loch. Von Carl Sagan um die wissenschaftliche Grundlage für den Wurmlochtransport im Film Contact angegangen, entwickelte Kip Thorne die Theorie der gutartigen Wurmlöcher. Die Erzeugung, Stabilität und Verkehrskontrolle des Transports durch ein gutartiges Wurmloch ist derzeit nur theoretisch. Eine Schwierigkeit ist die Notwendigkeit von Energieniveaus, die sich einer „Masse von Jupitergröße“ annähern.

DIE HYPOTHESE

Der Ursprung der Trägheit in der Gravitation

Der Woodward-Effekt beruht auf den relativistischen Effekten, die theoretisch von Machs Prinzip zur Trägheit innerhalb der Allgemeinen Relativitätstheorie abgeleitet wurden, und wird von Albert Einstein Ernst Mach zugeschrieben. Machs Prinzip wird allgemein definiert als „Der örtliche Bezugsrahmen der Trägheit wird völlig von den dynamischen Feldern im Universum bestimmt.“

Eine Formulierung von Machs Prinzip wurde erstmals von Dennis Sciama im Jahr 1935 als Vektortheorie der Schwerkraft vorgeschlagen, modelliert nach Maxwells Formulismus für die Elektrodynamik. Sciama formulierte sie 1964 zu einem Tensorformalismus um, der der Allgemeinen Relativitätstheorie äquivalent ist.

Sciama erklärte, daß sofortige Trägheitskräfte in allen beschleunigenden Objekten von einem ursprünglichen, auf Gravitation beruhenden Strahlungsfeld (nun als „G/I-Feld“ oder „Gravinertialfeld“ bezeichnet) beruhen, das von ferner kosmischer Materie erzeugt wird und sich mit Lichtgeschwindigkeit sowohl vorwärts als auch rückwärts durch die Zeit bewegt. Wie zuvor von Sciama formuliert, meint Woodward, daß die Wheeler-Feynman-Absorbertheorie der richtige Weg sei, um die Wirkung sofortiger Trägheitskräfte in Mach’schem Sinne zu verstehen.

Es ist bewiesen worden, daß Sciamas Idee von der Inertialinduktion in Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie für jede Friedmann-Robertson-Walker-Kosmologie richtig ist. Laut Woodward ist die Ableitung der Mach-Effekte relativistisch unveränderlich, daher werden die Erhaltungsgesetze erfüllt, und keine „neue Physik“ ist daran beteiligt außer der Allgemeinen Relativitätstheorie.

Vorübergehende Massenfluktuation

Das Folgende ist von Woodward im Laufe der letzten zwanzig Jahre in zahlreichen von Fachleuten geprüften Texten detailliert dargelegt worden.

Laut Woodward entsteht eine vorübergehende Massenfluktuation in einem Objekt, wenn es „innere“ Energie aufnimmt, während es beschleunigt wird. Mehrere Geräte könnten gebaut werden, um innere Energie während einer Beschleunigung zu speichern. Für einen meßbaren Effekt ist ein Betrieb mit hoher Frequenz nötig, daher kommen makroskopische mechanische Systeme nicht in Frage, nachdem die Rate, mit der ihre innere Energie verändert werden könnte, zu begrenzt ist. Die einzigen Systeme, die mit hoher Frequenz betrieben werden könnten, sind elektromagnetische Speichergeräte. Für schnelle vorübergehende Effekte scheiden Batterien aus. Ein Gerät zur Speicherung magnetischer Energie, wie eine Induktorspule, die ein Kernmaterial mit hoher Permeabilität zur Übertragung der magnetischen Energie verwendet, könnte speziell dafür gebaut werden. Aber Kondensatoren sind den Induktionsspulen vorzuziehen, weil kompakte Geräte zur Speicherung von Energie mit sehr hoher Energiedichte ohne Spannungsüberschlag reichlich vorhanden sind. Die Abschirmung von elektrischen Interferenzen ist leichter als die Abschirmung magnetischer Interferenzen. Ferroelektrische Materialien können verwendet werden, um hochfrequente elektromechanische Stellglieder herzustellen, und sie sind selbst Kondensatoren, sodaß sie sowohl für die Energiespeicherung als auch für die Beschleunigung verwendet werden können. Schlußendlich sind Kondensatoren billig und in verschiedenen Konfigurationen erhältlich. Daher haben sich Experimente zu den Mach-Effekten bisher immer auf Kondensatoren gestützt.

Wenn der Isolator eines Kondensators einer variierenden elektrischen Energie ausgesetzt wird (Aufladung oder Entladung), so sagt Woodwards Hypothese voraus, daß eine vorübergehende Massenfluktuation entsprechend der Gleichung zur vorübergehenden Masse entsteht:

Wobei:

die Eigenmasse des Nichtleiters ist
die Gravitationskonstante ist
die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist
die Eigendichte des Isolators ist
das Volumen des Isolators ist
die sofortige Kraft ist, die an das System abgegeben wird.

Diese Gleichung ist nicht die volle Woodward-Gleichung, wie sie im Buch zu sehen ist. Es gibt einen dritten Term,

den Woodward unberücksichtigt läßt, weil seine Eichung festlegt; die Ableitungen aus dieser Menge müssen daher vernachlässigbar sein.

Antrieb ohne Treibmittel

Die vorangehende Gleichung zeigt, daß, wenn das Isolatormaterial eines Kondensators zyklisch aufgeladen und dann entladen wird, während es beschleunigt wird, seine Massendichte um etwa plus/minus seinen Ruhemassewert fluktuiert. Daher kann ein Apparat gebaut werden, der entweder auf linearem oder kreisförmigem Weg oszilliert, sodaß seine Massendichte höher ist, während die Masse sich vorwärts bewegt, und niedriger, wenn sie sich rückwärts bewegt, wodurch eine Beschleunigung des Gerätes nach vorne erzeugt wird, d. h., ein Schub. [Anm. d. Ü.: Ich habe diesen Satz so übersetzt, wie er im Original steht, meine aber, daß das umgekehrt heißen muß; niedrigere Massendichte bei Vorwärtsbewegung, und höhere bei Rückwärtsbewegung, wenn ein Schub nach vorn erzeugt werden soll.] Dieser Effekt, wiederholt eingesetzt, stößt keine Teilchen aus und stellt somit einen Typ eines scheinbar treibmittellosen Antriebs dar, was im Widerspruch zu Newtons drittem Bewegungsgesetz zu stehen scheint. Jedoch erklärt Woodward, daß es bei den Mach-Effekten keine Verletzung der Impulserhaltung gibt:

Wenn wir eine fluktuierende Masse in einem Objekt erzeugen, können wir das, zumindest im Prinzip, zur Erzeugung einer stationären Kraft auf das Objekt benutzen und dadurch eine Antriebskraft darauf erzeugen, ohne Treibmittel aus dem Objekt ausstoßen zu müssen. Wir stoßen das Objekt einfach vor, wenn es massereicher ist, und ziehen es zurück, wenn es masseärmer ist. Die Rückstoßkräfte auf das Objekt werden während der beiden Teile des Zyklus wegen der Massenfluktuation nicht gleich sein, daher wird im Durchschnitt der Zeit eine Nettokraft erzeugt. Dies scheint vielleicht eine Verletzung der Impulserhaltung zu sein. Aber die Lorentz-Invarianz der Theorie garantiert, daß kein Erhaltungsgesetz gebrochen wird. Die örtliche Impulserhaltung wird durch den Fluß von Impuls in dem Schwerkraftfeld bewahrt, das kurz mit der fernen Materie im Universum ausgetauscht wird.

Zwei Terme sind auf der rechten Seite der vorhergehenden Gleichung für den Vortrieb wichtig:

  • Der erste, lineare Term wird als das „Impulstriebwerk“ bezeichnet, weil er die Massenfluktuation in Abhängigkeit von der Ableitung der Kraft ausdrückt, und skaliert linear mit der Frequenz. Frühere und gegenwärtige Experimente bezüglich Macheffekt-Triebwerke sind dazu bestimmt, Schub und die Kontrolle einer Art von Mach-Effekt zu demonstrieren.
  • Der zweite, quadratische Term ist das, was Woodward den „Wurmloch-Term“ nennt, weil er immer negativ ist. Obwohl dieser Term um viele Größenordnungen schwächer als der erste Term zu sein scheint, was ihn für gewöhnlich vernachlässigbar macht, könnte der Effekt des zweiten Terms theoretisch unter manchen Umständen riesig werden. Der zweite Term, der Wurmloch-Term, wird in der Tat vom ersten, dem Impulstriebwerk-Term, getrieben, der die Masse um plus oder minus den Ruhemassewert fluktuieren läßt. Wenn die Fluktuationen eine sehr hohe Amplitude erreichen und die Massendichte sehr nahe an null getrieben wird, dann zeigt die Gleichung, daß die Masse sehr schnell sehr große negative Werte erreichen sollte, mit stark nichtlinearem Verhalten. In dieser Hinsicht könnte der Woodward-Effekt exotische Materie erzeugen, obwohl dies mangels irgendeines verfügbaren Experiments, das solch einen Effekt aufzeigen würde, immer noch sehr spekulativ bleibt.

Zu den Anwendungen treibmittelloser Antriebe gehören das Triebwerk für geradlinigen Schub oder Impulstriebwerk, Felder mit offener Krümmung für Warpantriebe von Sternenschiffen, und sogar die Möglichkeit von Feldern mit geschlossener Krümmung, wie passierbare gutartige Wurmlöcher.

RAUMFAHRT

Gegenwärtige Raumfahrzeuge erreichen eine Geschwindigkeitsänderung durch den Ausstoß eines Treibmittels, die Gewinnung von Schub aus stellarem Strahlungsdruck oder aus Sternwinden, oder durch die Nutzung der Gravitation („Swing-by“, Schleudereffekt) eines Planeten oder Mondes. Diese Methoden sind insofern einschränkend, als Raketentreibmittel ebenfalls beschleunigt werden müssen und schließlich verbraucht sind, und der Sternwind oder das Schwerkraftfeld von Planeten nur örtlich im Sonnensystem genutzt werden können. Im interstellaren Raum und ohne die obigen Ressourcen werden andere Antriebsformen gebraucht, um ein Raumfahrzeug anzutreiben, und sie werden als fortschrittlich oder exotisch bezeichnet.

Impulstriebwerk

Falls der Woodward-Effekt bestätigt wird und falls ein Triebwerk zur Nutzung angewandter Mach-Effekte konstruiert werden kann, dann könnte ein Raumfahrzeug möglich sein, das eine stetige Beschleunigung in und durch den interstellaren Raum aufrecht erhalten könnte, ohne die Notwendigkeit zur Mitführung von Treibmitteln. Woodward präsentierte bei der „Breakthrough Propulsion Physics Program Workshop“-Konferenz der NASA im Jahr 1997 einen Text über das Konzept und veröffentlichte danach weiterhin Material zu diesem Thema.

Selbst wenn man für den Moment die Auswirkung auf interstellare Reisen ignoriert, würden zukünftige Raumfahrzeuge, die von auf Mach-Effekten beruhenden Impulstriebwerken angetrieben werden, einen erstaunlichen Durchbruch allein beim interplanetaren Raumflug darstellen und die schnelle Kolonisierung des gesamten Sonnensystems ermöglichen. Nachdem die Reisezeiten nur von der spezifischen Leistung der verfügbaren Energiequellen und von der Beschleunigung begrenzt würden, die die menschliche Physiologie ertragen kann, würden sie es den Besatzungen ermöglichen, jeden Mond oder Planeten in unserem Sonnensystem in weniger als drei Wochen zu erreichen. Zum Beispiel würde eine typische Reise in einer Richtung bei einer Beschleunigung von 1 g von der Erde zum Mond nur etwa 4 Stunden dauern, zum Mars 2 bis 5 Tage, zum Asteroidengürtel 5 bis 6 Tage, und zum Jupiter 6 bis 7 Tage. [Anm. d. Ü.: die von mir für 1 g Beschleunigung errechneten Flugzeiten zu Zielen jenseits der Jupiterbahn sind 8,5 bis 10 Tage zum Saturn; 11 bis 13 Tage zum Uranus, 15 bis 16 Tage zum Neptun, und zum Pluto würde man, je nachdem, ob er sich in seinem sonnennächsten (Perihel) oder sonnenfernsten (Aphel) Bahnabschnitt befindet, zwischen 15 und 20 Tagen brauchen.]

Warpantriebe und Wurmlöcher

Wie durch die obige Gleichung über vorübergehende Massenfluktuationen gezeigt, könnte theoretisch exotische Materie erzeugt werden. Eine große Menge negativer Energiedichte wäre das Schlüsselelement, das für die Schaffung von Warpantrieben nötig wäre, wie auch für die Erzeugung passierbarer Wurmlöcher. Von daher könnte der Woodward-Effekt, falls er wissenschaftlich bestätigt wird, praktisch machbar und wie von der Hypothese vorhergesagt skalierbar ist, nicht nur für interplanetare Reisen benutzt werden, sondern auch für scheinbar überlichtschnelle interstellare Reisen:

  • Die negative Masse könnte benutzt werden, um die Raumzeit um ein Raumschiff entsprechend einer Alcubierre-Metrik zu verzerren.
  • Genügend exotische Materie könnte auch an einem Punkt des Raumes konzentriert werden, um ein Wurmloch zu erzeugen und es am Zusammenbrechen zu hindern. Woodward und andere erklären auch, daß exotische Materie an der äußeren Mündung des Wurmloches defokussieren könnte (was es zu einem Weißen Loch machen würde) und den Schlund einer solchen gravitativen Singularität flach genug formen, um Ereignishorizont- und Gezeitenbelastungen zu vermeiden, was ein „absurd gutartiges, passierbares Wurmloch“ zur Folge hätte, das zwei Bereiche unterschiedlicher Raumzeit miteinander verbindet, ein Konzept, das in der Science Fiction als „Stargates“ weit verbreitet ist.

PATENTE UND PRAKTISCHE APPARATE

Zwei Patente sind an Woodward und Partner erteilt worden, die darauf beruhen, wie der Woodward-Effekt in praktischen Apparaten zur Erzeugung von Schub genutzt werden könnte:

  • 1994 wurde das erste Patent erteilt, mit dem Titel „Method And Apparatus To Generate Thrust By Inertial Mass Variance“ [„Methode und Apparat zur Schuberzeugung durch Varianz der trägen Masse“].
    ● 2002 wurde ein zweites Patent erteilt mit dem Titel „Method And Apparatus For Generating Propulsive Forces Without The Ejection Of Propellant“ [„Methode und Apparat zur Erzeugung von Vortriebskräften ohne Ausstoß von Treibmittel“].
    ● 2013 wurde ein drittes Patent durch das Space Studies Institute eingereicht. Mit Stand vom 1. März 2014 war das Patent immer noch nur angemeldet.

Woodward und seine Partner haben seit den 1990ern behauptet, erfolgreich Kräfte in einem für die praktische Anwendung ausreichenden Niveau gemessen zu haben, und behaupten auch, an der Entwicklung eines praktischen Triebwerksprototypen zu arbeiten. Keine praktisch funktionierenden Apparate sind bisher öffentlich vorgeführt worden.

EXPERIMENTE

Testapparate

Woodward begann Apparate zu konstruieren und zu bauen, bei denen er Kondensatoren und eine Reihe dicker Scheiben aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) verwendete. Dieses Keramikmaterial ist piezoelektrisch, daher kann es als elektromechanisches Antriebselement verwendet werden, um ein daran plaziertes Objekt zu beschleunigen: seine kristalline Struktur dehnt sich aus, wenn eine gewisse elektrische Polarität angelegt wird, und zieht sich dann zusammen, wenn das gegensätzliche Feld angelegt wird.

Bei den ersten Versuchen verwendete Woodward einfach einen Kondensator zwischen zwei Stapeln von PZT-Scheiben. Der Kondensator wird zwischen den PZT-Antriebselementen hin- und herbewegt, während er elektrisch aufgeladen wird, um seine innere Energiedichte zu ändern. Piezoelektrische Materialien können auch ein meßbares Spannungspotential zwischen ihren beiden Oberflächen erzeugen, wenn sie zusammengedrückt werden, daher verwendete Woodward zuerst ein paar kleine Stücke von PZT-Material als kleine Beschleunigungsmesser, die auf der Oberfläche des Stapels befestigt waren, um den Apparat genau mit der Energieversorgung abzustimmen. Dann erkannte Woodward, daß das PZT-Material und der Nichtleiter eines Kondensators sehr ähnlich waren, daher baute er Apparate, die ausschließlich aus PZT-Scheiben bestanden, ohne irgendeinen herkömmlichen Kondensator, und setzte unterschiedliche Signale bei verschiedenen Teilen des zylindrischen Stapels ein. Das verfügbare Bild, das von seinem Magisterstudenten Tom Mahood 1999 aufgenommen wurde, zeigt einen typischen, ganz aus PZT bestehenden Stapel mit verschiedenen Scheiben:

  • Die äußeren, dickeren Scheiben links und rechts sind die „Beweger“.
    ● Der innere Stapel aus dünnen Scheiben in der Mitte sind die hin- und herbewegten Kondensatoren, die während der Beschleunigung Energie speichern und wo irgendwelche Massenverschiebung stattfinden würde.
    ● Die noch dünneren Scheiben zwischen den Bewegern auf beiden Seiten der inneren Kondensatorscheiben sind die „Quetschometer“, die als Beschleunigungsmesser wirken.

Während der Vorwärtsbewegung und bevor die vorübergehende Massenveränderung im Kondensator zurückgeht, wird das resultierende erhöhte Moment vorwärts durch eine elastische Kollision auf eine „Reaktionsmasse“ (die Messing-Endkappe links im Bild) übertragen. Umgekehrt findet die folgende Verringerung der Massendichte während der Rückwärtsbewegung statt. Während des Betriebs wird der PZT-Stapel in einem Faraday’schen Käfig isoliert und innerhalb einer Vakuumkammer an einem empfindlichen Torsionsarm zwecks Schubmessungen befestigt. In all den Jahren ist eine breite Vielzahl unterschiedlicher Gerätetypen und Experimentalaufbauten erprobt worden. Die Kraftmeßeinrichtungen reichten von verschiedenen Druckmeßdosen über ballistische Pendel bis zu mehreren Torsionsarm-Pendeln, bei denen die Bewegung tatsächlich beobachtet wird. Jene Aufbauten sind gegen falsche Effekte durch Isolation und die Unterbrechung von Wärmeübertragungen, Vibrationen und elektromagnetische Interferenz abgesichert worden, während sie bessere Stromeinspeisungen und Lager erhielten. Nulltests wurden ebenfalls durchgeführt.

Foto vom Woodward-Effekt-Testgerät von 2006.

Ein weiterer Typ eines Macheffekt-Triebwerks ist das Mach-Lorentz-Triebwerk (MLT). Es verwendet einen sich aufladenden Kondensator, der in ein Magnetfeld eingebettet ist, welches von einer Magnetspule erzeugt wird. Eine Lorentz-Kraft, das Vektorprodukt zwischen dem elektrischen Feld und dem Magnetfeld, erscheint und wirkt auf die Ionen im Nichtleiter des Kondensators. Bei solchen elektromagnetischen Experimenten kann der Strom mit Frequenzen von mehreren Megahertz angelegt werden, anders als bei Antriebsgliedern von PZT-Stapeln, wo die Frequenz auf zig Kilohertz begrenzt ist. Das Foto zeigt die Bauteile eines Woodward-Effekt-Testgeräts, das in einem Experiment von 2006 verwendet wurde.

In der Zukunft plant Woodward, die Schubleistungen hinaufzusetzen und von den gegenwärtigen piezoelektrischen dielektrischen Keramiken (PZT-Stapeln) zu neuen Nanokomposit-Polymeren mit hoher Dielektrizitätszahl überzugehen, wie PMN, PMN-T oder CCTO. Dennoch sind solche Materialien neu, recht schwierig zu finden, und sie sind elektrostriktiv, nicht piezoelektrisch.

Im Jahr 2013 verkündete das Space Studies Institute die Exotic Propulsion Initiative [Initiative für exotische Antriebe], ein privat finanziertes neues Projekt, das darauf abzielt, Woodwards Experimente zu replizieren und dann, falls sie sich als erfolgreich erweisen, voll einen exotischen Antrieb zu entwickeln. Gary Hudson, der Präsident und Geschäftsführer des SSI, stellte das Programm beim Symposium des NASA Institute for Advanced Concepts von 2014 vor.

Ergebnisse

Ab seinem anfänglichen Artikel hat Woodward behauptet, daß dieser Effekt mit moderner Technologie aufgespürt werden kann. Er und andere haben Experimente durchgeführt und tun das weiterhin, um die geringen Kräfte aufzuspüren, von denen vorhergesagt wird, daß dieser Effekt sie erzeugt. Bisher behaupten manche Gruppen, Kräfte im vorhergesagten Ausmaß festgestellt zu haben, und andere Gruppen haben viel größere Kräfte als vorhergesagt festgestellt, oder gar nichts. Bis dato hat es keine Meldung gegeben, die einen schlüssigen Beweis für die Existenz dieses Effekts bestätigt oder ihn ausschließt.

  • 1990 enthielt Woodwards ursprünglicher Artikel über Mach-Effekte ein Experiment mit Ergebnissen.
  • 1999 meldete Thomas L. Mahood, Woodwards Magisterstudent von 1997 bis 1999, beim Space Technology and Applications International Forum (STAIF) und in seiner Magisterarbeit für Wissenschaft in Physik Schubkräfte im Bereich von 0,03 bis 15 µN in einem Aufbau, der ein Torsionspendel in einer Vakuumkammer enthielt.
  • Mit Stand 2003 meldeten Hector Brito vom Instituto Universitario Aeronáutico (IUA) und Sergio Elaskar vom Nationalen Rat für wissenschaftliche und technische Forschung in Argentinien Schubkräfte von etwa 50 µN.
  • 2004 stellte Paul March von Lockheed Martin Space Operations, der 1998 in diesem Forschungsfeld zu arbeiten begonnen hatte, beim STAIF eine erfolgreiche Replikation von Woodwards vorherigen Experimenten.
  • 2004 meldeten John G. Cramer und Mitarbeiter der University of Washington für die NASA, daß sie ein Experiment zur Erprobung von Woodwards Hypothese durchgeführt hatten, daß die Ergebnisse aber nicht eindeutig waren, weil ihr Aufbau starken elektrischen Interferenzen ausgesetzt war, die die Effekte des Tests verdeckt hätten, wenn er durchgeführt worden wäre.
  • 2006 meldeten Paul March und Andrew Palfreyman Experimentalergebnisse, die Woodwards Vorhersagen um eine oder zwei Größenordnungen übertrafen. Die für dieses Experiment verwendeten Bauteile werden im Foto oben gezeigt.
  • 2006 meldeten Martin Tajmar, Nembo Buldrini, Klaus Marhold und Bernhard Seifert, Forscher der damaligen Austrian Research Centers (nun das Austrian Institute for Technology) Ergebnisse einer Studie des Effekts unter Verwendung einer sehr empfindlichen Schubwaage. Die Forscher empfahlen weitere Tests.
  • 2010 replizierten Ricardo Marini und Eugenio Galian vom IUA (demselben argentinischen Institut wie das von Hector Brito) frühere Experimente, aber ihre Ergebnisse waren negativ, und die gemessenen Effekte wurden als nur von elektromagnetischen Interferenzen stammend erklärt.
  • 2011 verkündeten Harold „Sonny“ White vom NASA Eagleworks Laboratory und sein Team, daß sie Geräte von Paul Marchs Experiment von 2006 wieder in Betrieb nahmen, unter Verwendung von Kraftsensoren mit verbesserter Empfindlichkeit.
  • 2012 und 2013 verkündetenWoodward und Heidi Fearn von der California State University in Fullerton die Ergebnisse weiterer Experimente, bei denen sie nach hypothetischen falschen Ursachen suchten, die aus thermischen, elektromagnetischen oder Dean-Drive-Effekten stammen könnten, die ausgeschlossen werden sollten, wie sie erklärten.

DIE DEBATTE

Inertialsysteme

Alle Inertialsysteme [Bezugsrahmen für die Trägheit] befinden sich in einem Zustand gleichförmiger, geradliniger Bewegung zueinander; sie beschleunigen in dem Sinne nicht, daß ein in einem davon ruhender Beschleunigungsmesser null Beschleunigung feststellen würde. Trotz ihrer Allgegenwärtigkeit sind Inertialsysteme noch immer nicht voll verstanden. Daß sie existieren, ist sicher, aber was sie existieren läßt – und ob diese Quellen Reaktionsmedien darstellen könnten – ist immer noch unbekannt. Marc Mills vom Breakthrough Propulsion Physiscs Program der NASA erklärte: „Zum Beispiel ruft die Vorstellung einer Schuberzeugung ohne Treibmittel Einwände wegen der Verletzung des Impulserhaltungssatzes hervor. Dies wiederum legt nahe, daß die Forschung zu Raumfahrtantrieben sich mit der Impulserhaltung befassen muß. Von da aus findet man heraus, daß es immer noch viele relevante Unbekannte hinsichtlich der Quelle der Inertialsysteme gibt, auf die sich die Impulserhaltung bezieht. Daher sollte die Forschung wieder auf die unfertige Physik der Inertialsysteme zurückkommen, aber im Zusammenhang mit Antriebs-Wechselwirkungen.“ Das Mach’sche Prinzip wird in der Allgemeinen Relativitätstheorie allgemein definiert als „Das örtliche Inertialsystem wird völlig von den dynamischen Feldern im Universum bestimmt.“ Rovelli bewertete eine Anzahl von Versionen des „Mach’schen Prinzips“, die es in der Literatur gibt. Manche sind teilweise korrekt, und manche sind als unkorrekt verworfen worden.

Impulserhaltung

Der Impuls wird definiert als Masse mal Geschwindigkeit. Die Impulserhaltung gilt für Geschwindigkeitsterme, die üblicherweise in einer zweidimensionalen Ebene mittels Vektordiagramm beschrieben werden. Ein Vektor, der die Geschwindigkeit darstellt, hat sowohl Richtung als auch Größe. Ein Erfordernis für die Bestimmung der Impulserhaltung ist, daß ein Inertialsystem oder Bezugsrahmen für den Beobachter festgelegt wird. Inertialsysteme sind für konstante Geschwindigkeiten gut definiert, und die Impulserhaltung ist bei allen derartigen Bezugsrahmen gegeben. Während einer Beschleunigung oder Richtungsänderung gilt die Impulserhaltung für das örtliche Inertialsystem der momentanen Geschwindigkeit, nicht für die Eigenbeschleunigung, wie sie vom beschleunigten Beobachter gemessen wird.

Eine Herausforderung der mathematischen Grundlagen von Woodwards Hypothese wurde in einem Artikel gestellt, der im Jahr 2001 vom Oak Ridge National Laboratory veröffentlicht wurde. Darin stellte John Whealton fest, daß die experimentellen Ergebnisse der Wissenschaftler von Oak Ridge im Sinne von Kraftbeiträgen aufgrund zeitlich variierender Temperaturausdehnung erklärt werden können, und sagte, daß eine Labordemonstration das 100fache des Woodward-Effekts erzielt hätte, ohne auf nicht-Newton’sche Erklärungen zurückzugreifen. Als Reaktion darauf veröffentlichte Woodward eine Kritik an Whealtons Mathematik und Verständnis der damit zusammenhängenden Physik und baute ein Experiment, mit dem versucht wurde, den Fehler zu demonstrieren.

Eine Rate eines Impulsaustauschs stellt eine Kraft dar, wobei F = ma. Whealton et al. verwenden die technische Definition F=d(mv)/dt, die auf F=m dv/dt + dm/dt v erweitert werden kann. Dieser zweite Term hat sowohl delta Masse als auch v, welche momentan gemessen wird; dies wird im allgemeinen die Kraft aus den von Woodword vorhergesagten Trägheitsreaktionstermen aufheben. Woodward argumentierte, daß der Term dm/dt v keine physische Kraft auf den Apparat ausübt, weil er in einem Bezugsrahmen verschwindet, in dem der Apparat momentan stationär ist.

In einem Anhang zu seiner These argumentiert Mahood, daß die unerwartet kleine Größenordnung der Ergebnisse in seinen Experimenten eine Bestätigung der von Whealton vorhergesagten Aufhebung ist; die Ergebnisse würden statt dessen auf vorübergehenden Masseänderungen von höherer Größenordnung zurückgehen, die nicht völlig aufgehoben werden. Mahood sollte dieses Argument später als „eines der sehr wenigen Dinge, die ich in meinem Leben getan habe und wirklich bereue“ bezeichnen.

Obwohl der Impuls- und Energieaustausch mit ferner Materie die globale Energie- und Impulserhaltung garantiert, steht dieser Feldaustausch ohne materielle Kosten zur Verfügung, anders als bei konventionellen Treibstoffen. Aus diesem Grund verhält sich ein treibmittelloses Triebwerk, wenn der Feldaustausch ignoriert wird, lokal wie ein mit Freier Energie funktionierendes Gerät. Dies wird sofort aus einer einfachen Newton’schen Analyse ersichtlich: wenn konstante Energiezufuhr konstanten Schub erzeugt, dann ist die hineingesteckte Energie zeitlich linear und die (kinetische) Energie, die man herausbekommt, wächst mit dem Quadrat der Zeit. Daher gibt es einen Break-even-Punkt (oder eine Break-even-Entfernung oder –Geschwindigkeit), über dem man mehr Energie herausbekommt, als hineingesteckt wird. Je länger man es beschleunigen läßt, desto ausgeprägter wird der Effekt werden, wie es einfache Newton’sche Physik vorhersagt.

Wenn man jene Erhaltungsprobleme berücksichtigt, so stützt sich ein Mach-Effekt-Triebwerk auf das Mach’sche Prinzip, daher ist es kein Wandler von elektrischer zu kinetischer Energie, d. h. es wandelt nicht elektrische Energie in kinetische Energie um. Vielmehr ist ein MET ein gravinertialer Transistor, der den gravinertialen Fluß in die und aus der aktiven Masse des Triebwerks kontrolliert. Die Hauptenergiezufuhr in das Triebwerk ist im Fluß des Gravitationsfeldes enthalten, nicht in der Elektrizität, die den Apparat antreibt. Eine Nichtberücksichtigung dieses Flusses ist so ziemlich dasselbe wie die Nichtberücksichtigung des Windes in einem Segel. Mach-Effekte sind von Natur aus relativistisch, und wenn man ein Raumschiff betrachtet, das mit einem Mach-Effekt-Triebwerk beschleunigt, so wird das Treibmittel nicht mit dem Schiff beschleunigt, daher sollte die Situation als ein beschleunigender und daher nichtinertialer Bezugsrahmen behandelt werden, wo F nicht gleich ma ist. Keith A. Wanser, Professor der Physik an der California State University, Fullerton, veröffentlichte 2013 einen Artikel betreffend die Erhaltungsfragen von Mach-Effekt-Triebwerken.

MEDIENREAKTION

Woodwards Behauptungen einer potentiellen Durchbruchstechnologie für den Raumflug in seinen Artikeln und in Presseerklärungen von Konferenzen zur Raumfahrttechnologie haben Interesse in der Populärpresse und in Universitätsnachrichten sowie in Raumfahrt-Nachrichtenmedien erweckt. Woodward gab auch ein Videointerview für die Fernsehserie Ancient Aliens, Staffel 6. Episode 12. Jedoch gibt es Zweifler.

* * *

Ende des Wikipedia-Artikels; als dritter Teil folgt nun meine eigene Abhandlung zur praktischen Anwendung von Mach-Effekt-Triebwerken, sollten sie sich als machbar herausstellen, für die Raumfahrt:

Woodward, ho! Mit dem MET-Schiff zu den Planetenräumen

Über Cernunnos

Mein Blog: "Cernunnos' Insel" https://cernunninsel.wordpress.com/
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