[論文レビュー] Preliminary Energy Considerations in a Relativistic Engine

Asher Yahalom|arXiv (Cornell University)|Jan 26, 2013

Experimental and Theoretical Physics Studies参考文献 4被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、信号伝播に有限な時間遅れが生じるため、ニュートンの第三法則が成立しない時間変化する電流ループに基づく相対論的エンジンを調査している。これにより、純粋な機械的力が生じる。電磁場の運動量とエネルギーの交換を厳密に考慮することで、電場を含めた全体として運動量とエネルギーが保存されることを示しており、機械的系が電磁エネルギーの変化の半分に相当するエネルギーを獲得している。これは反動質量を排出しない自己推進のメカニズムを示唆している。

ABSTRACT

In a previous paper \cite{MTAY1} we have shown that Newton'n third law cannot strictly hold in a distributed system of which the different parts are at a finite distance from each other. This is due to the finite speed of signal propagation which cannot exceed the speed of light at vacuum, which in turn means that when summing the total force in the system the force does not add up to zero. This was demonstrated in a specific example of two current loops with time dependent currents, the above analysis led to suggestion of a relativistic engine \cite{MTAY3,AY1}. Since the system is effected by a total force for a finite period of time this means that the system acquires mechanical momentum and energy, the question then arises if we need to abandon the law of momentum and energy conservation. The subject of momentum conversation was discussed in \cite{MTAY4}. Here some preliminary aspects of the exchange of energy between the mechanical part of the relativistic engine and the electromagnetic field are discussed. We also refer briefly to the material composition, structure and properties of metals that should be used in a relativistic engine.

研究の動機と目的

• 時間遅延を伴う電磁的相互作用が、電流ループの分布系におけるニュートンの第三法則に与える影響を検討すること。
• 電磁場の寄与を含めることで、相対論的エンジンにおける運動量およびエネルギー保存則の顕著な違反を解消すること。
• 時間依存的な配置における機械的系と電磁場との間のエネルギー移動ダイナミクスを調査すること。
• 抵抗損失と放射損失を最小限に抑えるために適した材料（例えば、超伝導体や希土類永久磁石）を特定すること。

提案手法

• 時間依存的な電場および磁場をモデル化するため、ジェフィメンコの式を用い、遅延ポテンシャルを組み込む。
• ローレンツ力則を適用して、有限な信号伝播速度を考慮した各ループに作用する合力を計算する。
• 球座標を用いてループの幾何形状に沿った明示的積分を実行し、場の相互作用積分を評価する。
• 系の機械的運動量の増加を導出し、電磁場が運ぶ運動量と比較する。
• 相互作用に起因する電磁エネルギーの変化を計算し、機械的系の運動エネルギー増加と関連付ける。
• 抵抗損失と放射損失を最小限に抑えるために、超伝導性や永久磁石の組成といった材料特性を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 空間的に分離された部分間で信号伝播に有限な時間遅れが生じる相対論的系において、ニュートンの第三法則は厳密に成立しうるか？
• RQ2 遅延効果により純粋な機械的力が非ゼロとなる系で、運動量はどのように保存されるか？
• RQ3 機械的系が獲得するエネルギーと電磁場が失うエネルギーとの間の定量的関係は何か？
• RQ4 実用的な相対論的エンジンにおいてエネルギー損失を最小限に抑えるために必要な材料特性は何か？
• RQ5 場の運動量を活用することで、反動質量を排出せずに自己推進可能なエンジンを実現できるか？

主な発見

• 信号伝播に有限な時間遅れが生じるため、相対論的系ではニュートンの第三法則が厳密には成立せず、二つのループ系に対して非ゼロの純粋な機械的力が生じる。
• 機械的系は、電磁場の運動量を含めると、運動量とエネルギー保存則に違反しない形で、時間とともに運動量とエネルギーを獲得する。
• 相互作用に起因する電磁エネルギーの変化は、機械的系が獲得する運動エネルギーの2倍であることが判明し、エネルギーの半分が場に貯蔵されている可能性を示唆している。
• 明示的な計算により、機械的系が獲得する運動量が、電磁場が運ぶ運動量と丁度釣り合うことが示され、保存則の成立が確認された。
• 系のエネルギーバランスは材料特性に強く依存しており、超伝導ループは抵抗損失を最小限に抑え、希土類永久磁石は電力要件を低減する。
• 相対論的エンジンのメカニズムは、機械的反動質量ではなく、場の運動量の交換に依存しており、新たな推進原理を提供する。