Động cơ giúp chúng ta vượt cả tốc độ ánh sáng có tuân thủ định luật vật lý của Newton?

"Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lại vật A một lực. Hai lực này có cùng giá trị, cùng độ lớn, nhưng ngược chiều."

- Nhà vật lý học Isaac Newton

Theo một bài báo vừa công bố tại Phần Lan, EM Drive - tạm dịch động cơ điện từ thật ra vẫn tuân thủ định luật vật lý của Newton. Nhưng mọi việc không thực sự trắng đen đến thế.

EM Drive, quả táo mới? Hay chỉ là sự hiểu nhầm về phương thức hoạt động?

Để hiểu ý nghĩa của phát hiện này, sau đây là tóm tắt và giải thích đơn giản về EM Drive:

Năm 1999, một nhà khoa học người Anh đã thiết kế ra một động cơ sử dụng sóng điện từ làm nhiên liệu. Động năng từ động cơ được tạo ra bởi sự va chạm của những sóng này lên bề mặt kim loại của động cơ. Theo tính toán của ông, một động cơ như vậy có thể đưa con người đến Sao Hỏa chỉ trong 70 ngày thay vì từ 6 đến 8 tháng như hiện này.

Không những thế con người còn có thể bay thẳng tới hệ mặt trời gần nhất là Alpha Centauri chỉ trong "vỏn vẹn" 92 năm. Trong khi hiện nay, việc thực hiện chuyến bay đến đó vẫn hoàn toàn nằm trong trí tưởng tượng.

Nói theo cách đơn giản EM Drive hoạt động như thế này: Giả sử bạn đang đứng bên trong một hộp kim loại ngoài vũ trụ, trên tay bạn cầm một quả bóng rổ. Bạn liên tiếp ném quả bóng rổ về một mặt tường của hộp kim loại, mỗi lần ném do tác động của sự va chạm của bóng rổ tới mặt hộp, khối hộp cùng với bạn sẽ gia tăng 1 chút tốc độ.

Ném càng mạnh, càng nhiều, dĩ nhiên gia tốc tăng càng nhanh.

Tuy nhiên khi quả bóng dội lại và bạn bắt được, theo định luật thứ ba của Newton, chân của bạn và ma sát của nền sắt sẽ tạo ra một lực ngược so với tác động của quả bóng vào tường sắt và như vậy cả hộp sắt của bạn "dậm chân tại chỗ".

Động cơ của nhà vật lý học người Anh đã tìm ra cách để khi quả bóng dội lại, lực tác động lên hộp sắt hoàn toàn tiêu biến và như vậy gia tốc của hộp sắt và bạn cứ gia tăng mãi mà không cần băn khoăn về nhiên liệu.

Lý do tàu vũ trụ cần đến nhiên liệu để bay rất dễ hiểu: Khi bạn còn ở trên mặt đất, đi xe đạp, vì ma sát của mặt đất và bánh xe, xe đạp dễ dàng gia tăng vận tốc. Máy bay, vì không dịch chuyển trên mặt đất, cần hút gió từ động cơ và thổi mạnh ra phía sau và sau khi trộn với xăng dầu và đốt lên tạo những vụ nổ nhỏ liên tiếp và như vậy tiếp tục tạo lực đẩy mạnh hơn về phía trước.

Còn tàu vũ trụ do ngoài không gian không có gì để đẩy ra phía sau cần những khoang chứa nhiên liệu khổng lồ và nặng nề để đẩy về phía sau một cách mạnh nhất nhằm tăng hiệu quả di chuyển. Đây cũng là một trong những vấn đề lớn nhất gặp phải hiện nay trong ngành chế tạo tàu vũ trụ.

Tất cả những cách di chuyển này đều tuân thủ định luật thứ 3 của Newton, các giải pháp gia tốc này đều đẩy một thứ gì đó về phía sau để tạo lực di chuyển lớn tương đương về phía trước.

Nói gì đi chăng nữa, cỗ máy này có nhiều điểm đủ giống thiết bị khoa học viến tưởng để tạo niềm tin cho người về tính khả dụng của EM Drive.

Theo phát hiện mới, các nhà khoa học cho rằng "cái thứ đẩy về phía sau" của EM Drive chính là ánh sáng, hay nói chính xác hơn là photon. Và không phải bất cứ photon nào mà là photon đi theo cặp.

Tại sao đến bây giờ các nhà khoa học mới phát hiện ra điều này?

Thoạt nghe phát hiện này có vẻ gây khó hiểu, vì bao năm nay, tại sao các nhà khoa học không phát hiện thấy ánh sáng thoát ra từ động cơ? Câu trả lời là do những photon lệch pha trong nhiên liệu động cơ "cặp kè" với nhau và tiêu trừ sóng điện trường của chính chúng, những cỗ máy chuyên dùng để soi điện trường không thể phát hiện được chúng.

Hiện tượng tương tự có thể bắt gặp khi ném hai hòn đá xuống ao, dù tạo ra sóng, những sóng trực tiếp va vào nhau lại tạo tiêu biến để lại mặt nước lặng giữa chúng.

Và do chúng tiêu biến, về cơ bản động cơ có sử dụng nhiên liệu, chỉ đơn giản là nguồn nhiên liệu này vô hình dưới những thiết bị quan sát thông thường. Chính báo cáo khoa học đến từ Phần Lan vẫn chỉ dựa vào lý thuyết để phán đoán.

Tranh cãi về học thuyết và kế hoạch tương lai gần của EM Drive

Trước mắt để chứng minh sự tồn tại của nhiên liệu photon trong EM Drive, các nhà khoa học sẽ phải tiến hành đo đạc và xác định bằng máy đo giao thoa. Máy đo này tương tự đã được sử dụng để phát hiện sóng hấp dẫn.

Và trong trường hợp đây chính là cách vận hành của EM Drive, các nhà kỹ sư sẽ bắt tay vào nghiên cứu cùng các nhà khoa học để chế tạo những động cơ hoạt động hiệu quả hơn. Một cỗ máy sử dụng ánh sáng làm nhiên liệu thực ra không phải là một điều hoàn toàn mới, Bill Nye nhà khoa học nổi tiếng ở Mỹ đã đều xuất ra những cánh buồm ánh sáng có thể di chuyển nhờ hoàn toàn vào năng lượng mặt trời. Tuy nhiên cách vận hành của chúng hoàn toàn khác nhau.

Đến nay những tranh cãi gắt gao về tính thực hư của EM Drive vẫn diễn ra khắp nơi bất chấp báo cáo nghiên cứu. Phần lớn các tranh cãi xoay quanh tính chính xác của báo cáo khoa học của Phần Lan, sự hiệu quả của một động cơ sử dụng ánh sáng làm nhiên liệu và hơn hết vẫn là thực hư đằng sau những thí nghiệm EM Drive mặc dù NASA và nhóm nghiên cứu của Đức gần đây đã xác nhận rằng "bằng một cách nào đó, EM Drive thực sự là đã tạo ra lực di chuyển về phía trước".