تأثير وودوارد

تأثير وودوارد (أوما يُعهد أيضًا بتأثير ماخ) هوجزء من فرضية طرحها جيمس وودوارد عام 1990. تنص الفرضية على حتى تذبذبات الكتلة العابرة تظهر في أي جسم يمتص طاقة داخلية أثناء تسارعه تسارعًا سليمًا. بإمكاننا تسخير هذا التأثير لتوليد قوة دفع دون ظهور قوة رد عمل، إذ يزعم وودوارد وغيره أنهم تمكنوا من قياس تلك القوة في عدة تجارب.

يسمح تأثير وودوارد نظريًا بصناعة محركات مركبات فضائية تعمل بقوة دفع مجالية، وهي لا بحاجة لنفث الوقود من أجل توليد قوة الدفع. تُدعى تلك المحركات المُقترحة أحيانًا «صاروخ تأثير ماخ»، أو«مُحرك تأثير ماخ الجذبوي المساعد». لا تدعم الأدلة التجريبية تلك الفرضية بقوة حتى الآن، ولكن تظل الأبحاث التجريبية عن هذا التأثير وتطبيقاته المحتملة قائمة.

في أبريل 2017 اختارت ناسا معهد دراسات الفضاء كجزء من برنامج ناسا للمفاهيم الابتكارية المتقدمة في الفترة الأولى من أبحاث تأثير ماخ. وفي العام التالي أعطت ناسا منحة الفترة الثانية من البرنامج لمعهد دراسات الفضاء للاستمرار في تطوير تلك المحركات عديمة الوقود.

أثار هذا التأثير جدلًا في أوساط الفيزياء الشعبية نظرًا إلى حتى النموذج المُقترح وراءه يظهر كما لوأنه يخالف مبدأ حفظ الطاقة وحفظ الزخم كذلك، مما يجعله مغلوطًا.

تأثير ماخ

طبقًا لوودوارد، توجد ثلاثة أشكال ممكنة نظريًا من تأثير ماخ على أقل تقدير: قوة الاندفاع الموجهة، وانحناء الزمكان المفتوح، وانحناء الزمكان المُغلق.

يُعهد النوع الأول بتأثير وودوارد، وهوتأثير الطاقة الصغرى في تلك الفرضية. يهتم تأثير وودوارد بصفة أساسية بإثبات الفرضية ووضع الأسس التي قد تمهد الطريق أمام بناء صاروخ تأثير ماخ. النوع الأول من تأثير ماخ هوتأثير وودوارد، وهوتأثير اندفاعي يمكن استخدامه في مجال النقل والدفع للحفاظ على الأقمار الصناعية في مداراتها، أوتشغيل أنظمة تحكم رد عمل المركبات الفضائية، أوتوليد قوة دفع داخل النظام الشمسي في أحسن الأحوال. أما النوعان الآخران فهما تأثيرات انحناء الزمكان المفتوح والمغلق. يمكن تسخير تأثيرات انحناء الزمكان المفتوح في نظام توليد مجالي لخلق مجالات اعوجاجية. بينما يمكن استعمال تأثيرات انحناء الزمكان المغلق كجزء من نظام توليد مجالي لخلق ثقوب دودية.

تأثير ماخ الثالث هوتأثير التقوس الزمكاني المغلق أوما يُعهد بالثقب الدودي الحميد. يُعهد التقوس الزمكاني المغلق بصفة عامة بالثقب الدودي أوبالثقب الأسود. طور كيب ثورن نظرية الثقوب الدودة الحميدة بعدما طالبه كارل ساغان بوضع أساس فهمي لفكرة الانتنطق بواسطة الثقوب الدودية كما شاهدها في فيلم «اتصال (1997)». ولا تزال فكرة الانتنطق عبر الثقوب الدودية من حيث التوليد والاستقرار وضبط حركة المرور مجرد فكرة نظرية في الوقت الحالي. ومن بين الصعوبات التي نقابلها هي شرط حصولنا على مستويات طاقة تقترب من الطاقة المختزنة في مادة بحجم كوكب المشتري.

أثبت كينيث نورفدت في عام 1988 حتى المغناطيسية الجاذبية (تأثير تسقطته النسبية العامة ولكن لم يتمكن الفهماء من رصده حينئذ بل عارضه المجتمع الفهمي) لا بد من حتى تكون تأثيرًا حقيقيًا نظرًا إلى أنها نتيجة مباشرة لمتجه الجهد الجذبوي. وفي أعقاب ذلك أظهر نورفدت حتى التآثر المغناطيسي الجذبوي (الذي لا ينبغي الخلط بينه وبين تأثير نورفدت) هوشكل من أشكال تأثير ماخ مثله مثل تأثير تباطؤ الإطار المرجعي ومداورة لينز-ثيرينج.

الفرضية

مبدأ ماخ

يستند تأثير وودوارد على التأثيرات النسبية المُشتقة نظريًا من مبدأ ماخ عن القصور الذاتي في ظل النسبية العامة الذي نسبه أينشاتين إلى إرنست ماخ. ويُعهد مبدأ ماخ بصفة عامة بأنه «إطار القصور الذاتي المُحدد بواسطة المجالات الديناميكية في الكون». اُستلهمت تلك الفرضية من أحد التجارب الفكرية:

«إرنست ماخ (1838–1916) هوفيزيائي نمساوي معاصر لأينشاتين، وهوالذي طرح عليه التجربة الفكرية الآتية: ما الذي سيحدث لووُجد جسم واحد فقط في الكون،يا ترى؟ يرى ماخ أنه لا يمكن حتى يمتلك هذا الجسم سرعة محددة، إذ أنه طبقًا لنظرية النسبية لا بد من وجود جسمين على الأقل حتى نتمكن من قياس سرعتيهما بالنسبة لبعضهما.

وإذا تقدمنا خطوة أخرى إلى الأمام فسنلاحظ أنه لا يمكن حتىقد يكون لدى هذا الجسم كتلة يمكن قياسها، إذ حتى الكتلة تتغير مع تغير السرعة.

ومن هنا استنتج ماخ حتى السبب الأساسي وراء وجود الكتلة العطالية هوتعدد الأجسام في الكون. إذا حاولت تحريك جيروسكوب دوار فسوف يقاوم تلك الحركة نتيجة لتآثره مع كوكب الأرض والنجوم والمجرات البعيدة. أما إذا اختفت جميع تلك الأجسام فسوف تتلاشى عطالة هذا الجيروسكوب.

افتتن أينشاتين بتلك الفكرة وأطلق عليها مبدأ ماخ».

الأصل الجذبوي للقصور الذاتي

طُرح أحد أشكال مبدأ ماخ لأول مرة من قبل دنيس سياما في عام 1953 كجزء من نظرية الجاذبية الاتجاهية، وهي تستند على صياغة ماكسويل للكهروديناميكا. ثم أعاد سياما صياغتها على شكل موتر مكافئ للنسبية العامة في عام 1964.

ونطق سياما في ورقته حتى القوى العطالية اللحظية في جميع الأجسام المتسارعة هي نتيجة لمجال إشعاعي بدائي مُعتمد على الجاذبية ناجم عن مادة كونية بعيدة، وهوينتشر عبر الزمن للأمام وللوراء على حد سواء بسرعة الضوء:

:«تولد المادة ذاتها القوى العطالية وليس الفضاء المجرد». وفي هذا الإطار يتألف المبدأ من فكرتين:

ترجع القوى العطالية إلى أصل ديناميكي وليس كينماتيكي، إذًا فلا بد من أنه مُشتق من نظرية مجال معين (أومن الممكن نظرية عمل عن بعد كما وضح جون أرتشيبالد ويلر وريتشارد فاينمان).
لا بد وأنقد يكون سبب المجال العطالي بأكمله نقاط مصدرية، ولذا يجب اختيار الأوضاع الحدية عند حل معادلات المجال العطالي بشكل مناسب».

- من ورقة دنيس سياما «البنية الفيزيائية للنسبية العامة»، نُشرت في دورية الفيزياء الحديثة (1964).

أُثبت صحة فكرة الحث العطالي في النسبية العامة لأينشاتين بالنسبة لجميع متريات فريدمان-روبرتسون-ووكر. طبقًا لوودوارد فإن اشتقاق تأثيرات ماخ لا تتأثر بالإطار المرجعي، مما يعني أنها لا تخالف مبدأ حفظ الطاقة، وأنها لا تقترح «فيزياءً جديدة» بخلاف النسبية العامة.

نظرية الممتص الجذبوي

يشارك وودوارد الرأي مع سياما في حتى نظرية الممتص لفاينمان وويلر هي الطريقة السليمة لفهم تأثير القوى العطالية اللحظية تحت شروط ماخ.

«تخيل معي أننا التقطنا مبترًا حيث ألقى أحدهم بحجر في منتصف بحيرة، مما أدى إلى تكون تموجات دائرية متحدة المركز تنتشر باتجاه الشاطئ.

إذا قمنا بتشغيل المبتر إلى الوراء (بشكل مكافئ لرؤية الأحداث وهي تعود بالزمن إلى الوراء) فسوف نلاحظ تحرك الموجات الدائرية من الشاطئ في اتجاه منتصف البحيرة حيث سقط الحجر.

وما يتوجب علينا فهمه هوأنه لا يمكن للموجات في المستقبل حتى تعود بالزمن إلى الوراء بنفس الكيفية التي لا يمكن للحجر الذي تسبب بتلك الموجات حتى يعود إلى الوراء.»

- صفحة 49 من كتاب «صناعة المركبات الفضائية والستارغيت» لجيمس وودوارد، نُشر في سبرنجر عام 2013.

المراجع

^ Woodward, James F. (October 1990). "A new experimental approach to Mach's principle and relativistic gravitation" (PDF). Foundations of Physics Letters. 3 (5): 497–506. Bibcode:1990FoPhL...3..497W. doi:10.1007/BF00665932. مؤرشف من الأصل (PDF) في ثلاثة يناير 2018.
^ Woodward, James F. (1990–2000). "Publications 1990–2000" (PDF). مؤرشف من الأصل (PDF) في 14 أبريل 2016. اطلع عليه بتاريخ 03 مارس 2013.
^ Woodward, James F. (2000–2005). "Recent Publications". مؤرشف من الأصل في 03 يناير 2018. اطلع عليه بتاريخ 20 فبراير 2013.
^ Cramer, John G. (1999). "An Experimental Test of a Dynamic Mach's Principle Prediction". NASA. مؤرشف من الأصل في 02 يوليو2017. اطلع عليه بتاريخ 03 فبراير 2013.
^ "Smokeless rockets launching soon?". CNET. 2006. مؤرشف من الأصل في 25 ديسمبر 2014. اطلع عليه بتاريخ 03 فبراير 2013.
^ Heidi Fearn (6 April 2017). "Mach Effects for In Space Propulsion: Interstellar Mission". NASA. مؤرشف من الأصل في 04 مايو2017. اطلع عليه بتاريخ 11 أبريل 2017.
^ Becky Ferreira (12 April 2017). "NASA's Newest Interstellar Concepts Rely on Huge Laser Arrays and Gravity Surfing". Motherboard. Vice. مؤرشف من الأصل في 14 أبريل 2017.
^ Paul Gilster (12 April 2017). "NIAC 2017: Interstellar Implications". Centauri Dreams. Tau Zero Foundation. مؤرشف من الأصل في 03 يناير 2018.
^ Whealton, J. H.; McKeever, J. W.; Akerman, M. A.; Andriulli, J. B. (4 September 2001). "Revised Theory of Transient Mass Fluctuations" (PDF). United States Department of Energy. مؤرشف من الأصل (PDF) في 29 نوفمبر 2019. اطلع عليه بتاريخ 15 فبراير 2015.
^ Woodward, James F. (December 14, 2012). . (الطبعة 2013). NYC: Springer Publishing. ISBN . مؤرشف من الأصل في 09 ديسمبر 2019.
^ Kip S. Thorne. "Kip Thorne personal web page". California Institute of Technology. مؤرشف من الأصل في 08 مارس 2017.
^ Nordtvedt, Ken (November 1988). "Existence of the gravitomagnetic interaction" (PDF). International Journal of Theoretical Physics. 27 (11): 1395–1404. Bibcode:1988IJTP...27.1395N. doi:10.1007/BF00671317. مؤرشف من الأصل (PDF) في 13 أبريل 2017.
^ Platt, Charles (24 November 2014). "Strange thrust: the unproven science that could propel our children into space". Boing Boing. مؤرشف من الأصل في 22 أغسطس 2019.
^ Sciama, D.W. (1964). "The Physical Structure of General Relativity" (PDF). Reviews of Modern Physics. 36 (1): 463–469. Bibcode:1964RvMP...36..463S. doi:10.1103/RevModPhys.36.463. مؤرشف من الأصل (PDF) فيتسعة ديسمبر 2019.
^ Woodward, James F. (1998). "Gravitation: Overview". مؤرشف من الأصل في 04 يناير 2019.
^ Sciama, D. W. (1971). . Cambridge: Cambridge University Press. ISBN . OCLC 6931707. مؤرشف من الأصل في 2 يناير 2020.