บทความนี้ ตะแรกผมกะเขียนเป็นบทความสั้นๆในเพจของตัวเอง แต่ทำไปทำมามันก็ชักยาว แถมมีข้อมูลทางเทคนิคเยอะ ถ้าไม่มีรูปมีคลิปประกอบในบทความนี่คงไม่รอด ก็เลยเอามาตั้งเป็นกระทู้สั้นที่หว้ากอมันซะเลย สำหรับผู้ที่สนในเพจสัปดนระคนสาระทางวิดกระยาสาร์ท สามารถติดตามเพจ Darth Prin ใน facebook ได้ที่ https://www.facebook.com/Darth-Prin-311534075982531/ นะครับ
EM Drive
ในวงเสวนาไซไฟทั้งหลายย่อมจะมีเรื่องอุปกรณ์ขับดัน EM Drive ในห้องหว้ากอของพันทิปก็มีคำถามและข่าวขึ้นมาเป็นกระทู้บ่อยครั้ง แต่ก็ไม่มีใครแกะคำอธิบายออกมาเป็นเรื่องเป็นราวสักที บทความนี้จะเอา ตัว EM Drive ที่เป็นอุปกรณ์ต้นแรงขับเคลื่อนที่ไม่มีการพ่นสารขับดันมาคุยกัน
ปรกติการเคลื่อนไหวใดๆ จะอิงกับกฎการเคลื่อนที่ข้อ 3 ของนิวตัน ที่ว่า แรงกิริยา เท่ากับแรงปฏิกิริยา
รถ เคลื่อนที่ไปข้างหน้าก็ใช้ล้อในการผลักกับถนน
เครื่องบิน ก็ใช้ใบพัดในการผลักอากาศไปด้านหลังทำให้ตัวเครื่องบินไปข้างหน้า ในอวกาศ ที่ไม่มีตัวกลางที่จะใช้ผลักได้ เราก็ต้องบรรทุกสารขับดันที่พ่นไปด้านหลัง เพื่อให้
จรวดเคลื่อนไปข้างหน้า การเคลื่อนที่ในอวกาศมีความสิ้นเปลืองมากก็เพราะการที่ไม่มีตัวกลางจะถ่ายแรง อย่างดีที่สุดที่มนุษย์คิดได้ ก็คือการใช้แสงเป็นตัวขับดัน แต่ ตัว EM Drive เป็นสิ่งที่ต่างออกไป การทำงานของมันนั้นไม่อิงกับแรงกิริยา มันไม่มีการปล่อยอะไรออกด้านนอก แต่มันทำให้เครื่องจักรกลนั้นเคลื่อนไปข้างหน้าได้
จะเป็นรถ เครื่องบิน จรวด หรือเรือดำน้ำก็เหอะ การเคลื่อนที่มันก็ต้องออกแรงกระทำต่อวัตถุอื่นเพื่อผลักตัวเองไปข้างหน้า
EM Drive ย่อมาจาก Electro Magnetic Drive และบางครั้งก็เรียก Radio Frequency Resornant Cavity Thruster ตามปากคำของผู้คิดค้น Roger Shawyer วิศวกรชาวอังกฤษ คำอธิบายของเขาจะคล้ายการใช้ประโยชน์ความสัมพันธ์ของ Louis de Broglie ที่ว่า
P = h/λ
ให้ P =โมเมนตัมของแสง
h คือ ค่าคงที่ของ Planck
λ คือความยาวคลื่น
สมบัติของคลื่นมันจะปรับความยาวคลื่นตัวเองให้เท่าความยาวธรรมชาติของช่องว่าง (Resonation) ทีนี้ อุปกรณ์ที่เขาใช้ มีลักษณะเป็นกรวยที่มีความยาวใกล้เคียงกับความยาวคลื่นของไมโครเวฟ เมื่อคลื่นถูกบังคับให้เปลี่ยนความยาว เท่ากับว่ามันมีการเปลี่ยนของโมเมนตัม และทำให้ โมเมนตัมของคลื่น ที่กระทบผนังด้านหนึ่ง มากกว่าผนังอีกด้านหนึ่ง เกิดเป็นแรงขับ โดยในคลิป เขาอธิบายในลักษณะ การเปลี่ยนแปลงของ Group Velocity ของการเข้า phase
คลิปอธิบายการทำงาน EM Drive โดย Roger Shawyer
ปัญหาของคำอธิบายดังกล่าว มันขัดแย้งกับการเป็นระบบปิด มันจะมีสภาพเหมือนโดรนในกล่องที่โดรนออกแรงกระทำกับกล่อง และ ผลรวมของแรงกิริยา กับแรงปฏิกิริยาในระบบยังไงก็เป็นศูนย์ แสง มีการเปลี่ยนโมเมนตัมก็จริง แต่โมเมนตัมกับพลังงาน มันไม่สูญหาย มันก็ควรจะต้องถ่ายไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งและในระบบปิด ผลลัพธ์รวมของแรงกิริยาและแรงปฏิกิริยาก็ยังควรจะเป็นศูนย์อยุ่นั่นเอง ถ้าตัว EM Drive ทำงานได้ มันก็คงต้องเกิดจากกลไกอื่นไม่ใช่แค่กรณีการถ่ายโมเมนตัมของแสงภายในอุปกรณ์รูปกรวยนี้
โดรนในกล่อง
แต่เรื่องมันไม่จบแค่การถกเถียงทางทฤษฎี เพราะอุปกรณ์ที่ Roger Shawyer คิดค้นขึ้นมามันดันทดสอบว่ามีแรงขับได้ซะงั้น แถมขนาดของแรงขับที่เกิด ก็ยังมากกว่าแรงขับดันของการแผ่รังสีเสียด้วย งานนี้ มันก็เลยมีการตรวจสอบกันอย่างหนักหน่วง ทั้งฝั่งการหาจุดผิดพลาดของการทดลอง เช่น การพยายามตัดปัจจัยการแผ่รังสี การเกิดการขยายตัวของอากาศจากความร้อนที่เครื่องกำเนิดขึ้นด้วยการทดสอบในสภาวะสุญญากาศ ตัดปัจจัยจากแรงแม่เหล็กไฟฟ้า (ประมาณว่าอุปกรณ์ไปดูดจับกับชิ้นส่วนเหล็กในห้องทดลองเลยเกิดการเคลื่อนไหว) รวมไปถึงการตรวจสอบผลกระทบจากอุณหภูมิทำให้อุปกรณ์มีการขยายตัวและเปลี่ยนจุด Centre of mass ทำให้เกิดการเคลื่อนไหว และในอีกด้านหนึ่ง ก็พยายามเชื่อมโยงปรากฎการณ์ที่เกิดขึ้นนี้ผ่านทฤษฎี Pilot wave การเชื่อมโยงกับแรงปฏิกิริยาผ่านระบบพลังงานสุญญากาศ (Vacuum energy) เพื่อเติมช่องโหว่ที่หายไปและเชื่อมโยงเข้ากับกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
การทดสอบ EM Drive ในสภาพสุญญากาศเพื่อตัดประเด็นการขยายตัวของอากาศผลักให้เครื่องเคลื่อนไหว
ทั้งนี้ ผมเชื่อว่า ในฐานะของนักวิทยาศาสตร์ ทุกคนก็อยากให้มันทำงานได้จริง ไม่ใช่แค่ทดลองพลาดแหละ เพราะถ้ามันใช้ได้จริงก็เท่ากับเราได้ค้นพบข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์ที่เรามองข้ามไป และอาจเข้าใกล้ทฤษฎีของทุกสรรพสิ่ง (Grand Unified Theory) อีกสักนิด แม้ว่าปรกติ อะไรที่ไปขวางกับกฎของนิวตั้น หรือ กฎของเทอร์โมไดนามิกส์มันมักจะจบไม่สวยเท่าไร สำหรับการทดลอง EM Drive ปัจจุบัน องค์การ NASA และ ทางจีน ก็กำลังทดสอบกันอยู่ แต่จนกว่าเราจะหาทฤษฎีที่เชื่อมโยงปรากฏการณ์กับวิทยาศาสตร์ที่เรารู้ได้ มันก็ยังอาจเป็นแค่ความผิดพลาดครั้งใหญ่เหมือนกรณีทฤษฎีสนามแรงบิด หรือปาหี่ GT200 เสียก็ไม่รู้
บทความนี้ส่วนใหญ่ได้ไอเดียการแกะการทำงานจากรายการ Space Time | The EM Drive: Fact or Fantasy? และลองเทียบคำอธิบายของ Roger Shawyer กับความรู้ทางวิทยาศาสตร์เท่าที่ยังจำได้ ถ้ามีข้อผิดพลาดประการใดก็ต้องออกตัวขออภัยไว้ด้วยนะครับ
วิเคราะห์เจาะลึกเทคโนโลยี EM Drive เจ้าปัญหา
บทความนี้ ตะแรกผมกะเขียนเป็นบทความสั้นๆในเพจของตัวเอง แต่ทำไปทำมามันก็ชักยาว แถมมีข้อมูลทางเทคนิคเยอะ ถ้าไม่มีรูปมีคลิปประกอบในบทความนี่คงไม่รอด ก็เลยเอามาตั้งเป็นกระทู้สั้นที่หว้ากอมันซะเลย สำหรับผู้ที่สนในเพจสัปดนระคนสาระทางวิดกระยาสาร์ท สามารถติดตามเพจ Darth Prin ใน facebook ได้ที่ https://www.facebook.com/Darth-Prin-311534075982531/ นะครับ
ในวงเสวนาไซไฟทั้งหลายย่อมจะมีเรื่องอุปกรณ์ขับดัน EM Drive ในห้องหว้ากอของพันทิปก็มีคำถามและข่าวขึ้นมาเป็นกระทู้บ่อยครั้ง แต่ก็ไม่มีใครแกะคำอธิบายออกมาเป็นเรื่องเป็นราวสักที บทความนี้จะเอา ตัว EM Drive ที่เป็นอุปกรณ์ต้นแรงขับเคลื่อนที่ไม่มีการพ่นสารขับดันมาคุยกัน
ปรกติการเคลื่อนไหวใดๆ จะอิงกับกฎการเคลื่อนที่ข้อ 3 ของนิวตัน ที่ว่า แรงกิริยา เท่ากับแรงปฏิกิริยา รถ เคลื่อนที่ไปข้างหน้าก็ใช้ล้อในการผลักกับถนน เครื่องบิน ก็ใช้ใบพัดในการผลักอากาศไปด้านหลังทำให้ตัวเครื่องบินไปข้างหน้า ในอวกาศ ที่ไม่มีตัวกลางที่จะใช้ผลักได้ เราก็ต้องบรรทุกสารขับดันที่พ่นไปด้านหลัง เพื่อให้จรวดเคลื่อนไปข้างหน้า การเคลื่อนที่ในอวกาศมีความสิ้นเปลืองมากก็เพราะการที่ไม่มีตัวกลางจะถ่ายแรง อย่างดีที่สุดที่มนุษย์คิดได้ ก็คือการใช้แสงเป็นตัวขับดัน แต่ ตัว EM Drive เป็นสิ่งที่ต่างออกไป การทำงานของมันนั้นไม่อิงกับแรงกิริยา มันไม่มีการปล่อยอะไรออกด้านนอก แต่มันทำให้เครื่องจักรกลนั้นเคลื่อนไปข้างหน้าได้
EM Drive ย่อมาจาก Electro Magnetic Drive และบางครั้งก็เรียก Radio Frequency Resornant Cavity Thruster ตามปากคำของผู้คิดค้น Roger Shawyer วิศวกรชาวอังกฤษ คำอธิบายของเขาจะคล้ายการใช้ประโยชน์ความสัมพันธ์ของ Louis de Broglie ที่ว่า
P = h/λ
ให้ P =โมเมนตัมของแสง
h คือ ค่าคงที่ของ Planck
λ คือความยาวคลื่น
สมบัติของคลื่นมันจะปรับความยาวคลื่นตัวเองให้เท่าความยาวธรรมชาติของช่องว่าง (Resonation) ทีนี้ อุปกรณ์ที่เขาใช้ มีลักษณะเป็นกรวยที่มีความยาวใกล้เคียงกับความยาวคลื่นของไมโครเวฟ เมื่อคลื่นถูกบังคับให้เปลี่ยนความยาว เท่ากับว่ามันมีการเปลี่ยนของโมเมนตัม และทำให้ โมเมนตัมของคลื่น ที่กระทบผนังด้านหนึ่ง มากกว่าผนังอีกด้านหนึ่ง เกิดเป็นแรงขับ โดยในคลิป เขาอธิบายในลักษณะ การเปลี่ยนแปลงของ Group Velocity ของการเข้า phase
ปัญหาของคำอธิบายดังกล่าว มันขัดแย้งกับการเป็นระบบปิด มันจะมีสภาพเหมือนโดรนในกล่องที่โดรนออกแรงกระทำกับกล่อง และ ผลรวมของแรงกิริยา กับแรงปฏิกิริยาในระบบยังไงก็เป็นศูนย์ แสง มีการเปลี่ยนโมเมนตัมก็จริง แต่โมเมนตัมกับพลังงาน มันไม่สูญหาย มันก็ควรจะต้องถ่ายไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งและในระบบปิด ผลลัพธ์รวมของแรงกิริยาและแรงปฏิกิริยาก็ยังควรจะเป็นศูนย์อยุ่นั่นเอง ถ้าตัว EM Drive ทำงานได้ มันก็คงต้องเกิดจากกลไกอื่นไม่ใช่แค่กรณีการถ่ายโมเมนตัมของแสงภายในอุปกรณ์รูปกรวยนี้
แต่เรื่องมันไม่จบแค่การถกเถียงทางทฤษฎี เพราะอุปกรณ์ที่ Roger Shawyer คิดค้นขึ้นมามันดันทดสอบว่ามีแรงขับได้ซะงั้น แถมขนาดของแรงขับที่เกิด ก็ยังมากกว่าแรงขับดันของการแผ่รังสีเสียด้วย งานนี้ มันก็เลยมีการตรวจสอบกันอย่างหนักหน่วง ทั้งฝั่งการหาจุดผิดพลาดของการทดลอง เช่น การพยายามตัดปัจจัยการแผ่รังสี การเกิดการขยายตัวของอากาศจากความร้อนที่เครื่องกำเนิดขึ้นด้วยการทดสอบในสภาวะสุญญากาศ ตัดปัจจัยจากแรงแม่เหล็กไฟฟ้า (ประมาณว่าอุปกรณ์ไปดูดจับกับชิ้นส่วนเหล็กในห้องทดลองเลยเกิดการเคลื่อนไหว) รวมไปถึงการตรวจสอบผลกระทบจากอุณหภูมิทำให้อุปกรณ์มีการขยายตัวและเปลี่ยนจุด Centre of mass ทำให้เกิดการเคลื่อนไหว และในอีกด้านหนึ่ง ก็พยายามเชื่อมโยงปรากฎการณ์ที่เกิดขึ้นนี้ผ่านทฤษฎี Pilot wave การเชื่อมโยงกับแรงปฏิกิริยาผ่านระบบพลังงานสุญญากาศ (Vacuum energy) เพื่อเติมช่องโหว่ที่หายไปและเชื่อมโยงเข้ากับกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
ทั้งนี้ ผมเชื่อว่า ในฐานะของนักวิทยาศาสตร์ ทุกคนก็อยากให้มันทำงานได้จริง ไม่ใช่แค่ทดลองพลาดแหละ เพราะถ้ามันใช้ได้จริงก็เท่ากับเราได้ค้นพบข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์ที่เรามองข้ามไป และอาจเข้าใกล้ทฤษฎีของทุกสรรพสิ่ง (Grand Unified Theory) อีกสักนิด แม้ว่าปรกติ อะไรที่ไปขวางกับกฎของนิวตั้น หรือ กฎของเทอร์โมไดนามิกส์มันมักจะจบไม่สวยเท่าไร สำหรับการทดลอง EM Drive ปัจจุบัน องค์การ NASA และ ทางจีน ก็กำลังทดสอบกันอยู่ แต่จนกว่าเราจะหาทฤษฎีที่เชื่อมโยงปรากฏการณ์กับวิทยาศาสตร์ที่เรารู้ได้ มันก็ยังอาจเป็นแค่ความผิดพลาดครั้งใหญ่เหมือนกรณีทฤษฎีสนามแรงบิด หรือปาหี่ GT200 เสียก็ไม่รู้
บทความนี้ส่วนใหญ่ได้ไอเดียการแกะการทำงานจากรายการ Space Time | The EM Drive: Fact or Fantasy? และลองเทียบคำอธิบายของ Roger Shawyer กับความรู้ทางวิทยาศาสตร์เท่าที่ยังจำได้ ถ้ามีข้อผิดพลาดประการใดก็ต้องออกตัวขออภัยไว้ด้วยนะครับ