[논문 리뷰] Preliminary Energy Considerations in a Relativistic Engine

Asher Yahalom|arXiv (Cornell University)|2013. 01. 26.

Experimental and Theoretical Physics Studies참고 문헌 4인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 유한한 신호 전파 속도로 인해 뉴턴의 제3법칙이 실패하는 시간에 따라 변화하는 전류 루프 기반의 상대론적 엔진을 조사한다. 이로 인해 순기계적 힘이 발생한다. 전자기장 운동량과 에너지 교환을 철저히 고려함으로써, 장을 포함하면 총적으로 운동량과 에너지가 보존됨을 보여주며, 기계 시스템은 전자기 에너지의 변화의 절반에 해당하는 에너지를 얻는다. 이는 반작용 질량을 배출하지 않고도 자가 추진이 가능한 메커니즘을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 시간에 따라 변화하는 전류 루프로 구성된 분포된 시스템에서 지연된 전자기 상호작용이 뉴턴의 제3법칙에 미치는 영향을 조사하기.
• 전자기장 기여를 포함함으로써 상대론적 엔진에서 관측되는 운동량 및 에너지 보존 위반을 해결하기.
• 시간에 따라 변화하는 구성에서 기계 시스템과 전자기장 사이의 에너지 전이 동역학을 탐구하기.
• 저손실로 작동하는 실용적 상대론적 엔진을 구축하기 위해 적합한 재료(예: 초도체 및 희토류 영구자석)를 식별하기.

제안 방법

• 지연된 포텐셜을 포함한 시간에 따라 변화하는 전기장과 자기장을 모델링하기 위해 제피멘코의 방정식을 사용한다.
• 유한한 신호 전파 속도를 고려하여 각 루프에 작용하는 순력을 계산하기 위해 루프르의 힘 법칙을 적용한다.
• 구좌표계를 사용하여 루프 기하구조에 대한 명시적 통합을 수행하여 장 상호작용 적분을 평가한다.
• 시스템의 기계적 운동량 증가를 유도하고, 이를 전자기장이 지닌 운동량과 비교한다.
• 상호작용으로 인한 전자기 에너지의 변화를 계산하고, 이와 기계 시스템의 운동 에너지 증가와의 관계를 규명한다.
• 오믹 및 복사 손실을 최소화하기 위해 초도체 및 영구자석의 조성 등 재료 특성을 고려한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 유한한 신호 전파 속도를 가진 공간적으로 분리된 부분을 가진 상대론적 시스템에서 뉴턴의 제3법칙은 엄격히 성립할 수 있는가?
• RQ2 지연 효과로 인해 순기계적 힘이 비제로가 되는 시스템에서 운동량은 어떻게 보존되는가?
• RQ3 기계 시스템이 얻는 에너지와 전자기장이 잃는 에너지 사이의 정량적 관계는 무엇인가?
• RQ4 실용적 상대론적 엔진에서 에너지 손실을 최소화하기 위해 필수적인 재료 특성은 무엇인가?
• RQ5 장의 운동량을 이용함으로써 반작용 질량을 배출하지 않고도 자가 추진 엔진을 실현할 수 있는가?

주요 결과

• 유한한 신호 전파 속도로 인해 상대론적 시스템에서는 뉴턴의 제3법칙이 엄격히 성립하지 않으며, 이로 인해 두 개의 루프로 구성된 시스템에 순기계적 힘이 발생한다.
• 기계 시스템은 순력으로 인해 시간이 지남에 따라 운동량과 에너지를 얻지만, 전자기장의 운동량을 포함하면 보존 법칙 위반과는 무관하다.
• 상호작용으로 인한 전자기 에너지의 변화는 기계 시스템이 얻는 운동 에너지의 두 배로 나타나며, 이는 에너지의 절반을 장이 저장하고 있음을 시사한다.
• 명시적 계산을 통해 기계 시스템이 얻는 운동량이 전자기장이 지닌 운동량과 정확히 상쇄됨을 확인하여 보존 법칙이 성립함을 입증한다.
• 시스템의 에너지 균형은 재료 특성에 의해 결정되며, 초도체 루프는 오믹 손실을 최소화하고, 희토류 영구자석은 전력 요구량을 감소시킨다.
• 상대론적 엔진의 메커니즘은 기계적 반작용 질량이 아닌 장의 운동량 교환에 기반하며, 새로운 추진 원리를 제공한다.