NASAのEMドライブリーダーが新たな星間プロジェクトに着手

Limitlessは9月に最初の助成金受給者を選出し、申請者にはどのような研究を行うかの自由裁量を与える。公募要項における唯一の条件は、研究は最終的に宇宙船を「信じられないほど高速で」飛ばすことを目指すものでなければならないということだ。ホワイト氏によると、当面は電力と推進力に関するいくつかの中核研究テーマに注力していくという。これらの分野には、既存の物理学や工学の概念を応用したものも含まれる。例えば、研究所は大学と提携し、10メガワット以下の電力を発電する小型原子炉を開発する計画だ。ホワイト氏によると、これらの原子炉はまず地上での使用を想定して開発され、その後、宇宙船への搭載も視野に入れているという。

ホワイト氏は、NASAでのEMドライブ研究から派生した研究も行う。EMドライブは、金属製の円錐内で電波を反射させることで推進剤を使わずに推力を生み出す、いわゆる「不可能エンジン」である。ホワイト氏らが使用したEMドライブの試験装置は、長さ約30センチの銅製の円錐台（先端を切り落とした円錐台）だった。試験中は、この装置を真空チャンバー内に配置し、チャンバー外の装置から円錐内部のアンテナにマイクロ波を送信した。これらのマイクロ波が円錐内部でどのように推力を生み出すのかは、理論上、議論の分かれるテーマとなっている。

もしEMドライブかそれに類するものが実現すれば、宇宙探査に大きな恩恵をもたらすだろう。人類の宇宙旅行の大きな制約となっている燃料を全て持ち運ぶ必要がなくなるのだ。また、従来のエンジンよりもはるかに大きな推力を生み出す可能性もある。つまり、太陽系外縁部への有人ミッションは、10年ではなく1、2年で完了するかもしれない。しかし、真に素晴らしいのは、EMドライブかそれに類するものが恒星間旅行への扉を大きく開くということだ。私たちの最も近い恒星は4光年離れており、従来のロケットではそこに到達するには数千年かかる。もし私たちが星々へ向かうなら、より高性能なエンジンが必要になるだろう。

2016年、ホワイト氏とNASAのチームは、EMドライブが実際に推進力を生み出していることを示す、査読済みの実験証拠を初めて発表しました。ホワイト氏の実験結果とその背後にある理論は依然として議論の的となっています。この装置が実際に推進力を生み出したかどうか、またもし生み出したとしたらどのように説明するのか、誰も意見の一致を見ていません。しかし、NASAがこのような突飛な研究を支援しているという事実は、アルファ・ケンタウリへの旅行を計画している人にとっては朗報でした。

リミットレスでホワイト氏は研究をさらに進めたいと考えているが、少なくとも今のところはエンジンを作るつもりはない。その代わりに、彼自身と他の研究者がEMドライブのような特殊な推進システムの仕組みを説明できると考えている基礎物理学を探求する。彼はそれを「動的真空モデル」と呼んでおり、これは私たちが「物理的現実」について語る際に論じる本質を突いている。

今日の物理学者の多くは、物理世界を光子、クォーク、ニュートリノといった素粒子のスープと捉え、ある時点における粒子の位置は確率の問題であると考えています。この現実の捉え方は、量子力学のコペンハーゲン解釈として知られています。これは現実に関する最も一般的な科学的理論かもしれませんが、唯一の理論ではありません。パイロット波理論として知られる対立する見解は、量子世界は決定論的であるとしています。この理論では、素粒子は線路上の列車のように一定の経路に沿って「操縦」されており、その位置が非決定論的に見える唯一の理由は、最終的に現実を構成する可能性のあるより深層の量子場を理解していないからです。

この量子場は量子真空と呼ばれ、現実世界の残りの部分が構築されている、広大で波打つ床と考えることができます。宇宙からすべての物質を取り除き、温度を絶対零度まで下げると、残るのは量子真空です。私たちは真空を完全に空っぽだと考えがちですが、量子真空は決して完全に空っぽではありません。電磁波や粒子は常に現れたり消えたりしており、こうしたエネルギーの揺らぎが物理世界を生み出しているのです。

かなり難解な話だが、物理学者が量子真空をより深く理解できれば（もし量子真空が存在すると仮定すれば）、原理的にはそのエネルギーを宇宙船の動力源として利用できる可能性がある。実際、これはホワイト氏とNASAの同僚たちが、EMドライブのようなエンジンが推力を生み出す仕組みについて提示した理論的な説明の一つである。しかし、これが唯一の説明というわけではない。おそらく最も説得力のある説明は、観測された推力は実際には単なる測定誤差だったというものだ。

「ハロルドはEMドライブを量子真空スラスターと呼んで説明しようと理論を立てようとしました」と、ドレスデン工科大学で先進推進システムを研究する物理学者、マーティン・タジマー氏は言う。「彼の直感は優れていますが、彼が用い、引用する概念は議論を呼んでいます。重要なのは実験結果だけで、この現象を予測する定説は提示されていません。」

EMドライブがなぜ機能するのかという理論を持つことと、実際に動作しているという実験的証拠を持つことは全く別物です。ホワイト氏とNASAの同僚たちはその両方を持っているように見えましたが、今のところ誰も彼らの結果を再現できていません。タジマール氏はドレスデンでSpaceDriveプログラムを運営しており、そこでほとんど感知できない量の推力を検出できる超高感度装置を開発しています。彼はこれらの装置を用いて、ホワイト氏とNASAの同僚たちが行ったような推力を生み出すと見られるEMドライブ研究の結果を再現しようとしています。

タジマール氏はまだ何も見ていないが、だからといって実験で物理現象を探ることが無意味になるわけではないと述べている。彼はこれを高温超伝導に例えた。高温超伝導は電磁気技術に革命をもたらす可能性のある物理現象だが、理論上は予測されていなかった。「幸運と優れた直感、そしてこれまで試されたことのないことを試してみる必要があります」とタジマール氏は言う。「私たちは継続的な試行錯誤によって高温超伝導を発見できた幸運に恵まれました。画期的な推進力についても、同じことが起こることを期待しています。」

リミットレス社において、ホワイト氏は、金属円錐にマイクロ波を照射して人類を星々へ送り出すのに十分な推力を生み出すことを期待するのではなく、動的真空モデルの基礎物理学を解明し、実験的に記述するという途方もない課題に注力していると述べている。ホワイト氏と同僚がNASAを去る前に発表した最後の論文では、彼らは単一の水素原子核の周りの量子真空をモデル化した。これは星間エンジンの実現には程遠いが、ホワイト氏はこれをその道のりにおける重要な一歩と見ている。

「その目標に向かって進む過程では、いくつかの糸を引っぱっていかなければなりません」と彼は言う。「その中には、既知の物理学と工学を活用した実践的なステップも含まれるでしょう。しかし、それでもなお、物理学の最先端にあるものに焦点を当て、これらの目標を達成するための性能要件を満たす可能性のある新たなアプローチがあるかどうかを探る必要があります。」

ホワイト氏はリミットレス研究所で、量子真空に関する研究を継続する予定です。同研究所では、2枚のプレートを近接配置した実験装置であるカシミール空洞を特注で製造し、プレート間に存在するとされる量子真空の特性と構造を研究しているとのこと。「これらは必ずしも技術ではなく、単なる物理学の実験です」とホワイト氏は言います。「これらの成果は、技術として実現可能なものにつながる可能性もありますが、今はまず科学的な研究を進めている段階です。」

ホワイト氏が正しい方向に向かっていると誰もが確信しているわけではない。カリフォルニア州立大学フラートン校の物理学者、ジム・ウッドワード氏は、高度な推進技術にキャリアを捧げてきた。彼は、EMドライブを説明する別の理論を提示しているが、これは量子真空を前提としていない。ウッドワード氏は、推力は量子力学ではなく一般相対性理論に由来する、いわゆる「マッハ効果」によって生み出されると考えている。この理論では、EMドライブは、EMドライブ内の電磁場が宇宙の他のあらゆるものの重力場と相互作用することで生じるエネルギーの変動を利用することで推力を生み出すことができるとしている。

ウッドワード氏は、先進的な推進技術に取り組んでいる人の大半はホワイト氏のような「量子真空主義者」だと述べているが、彼らの理論ではEMドライブやその他の先進的な推進システムが重力を考慮に入れずに機能する理由を説明できないと主張している。「世界とその物理法則は現実の姿であり、私たちが望むようなものではありません」とウッドワード氏は言う。「これは希望的観測家がやるべきビジネスではありません。リミットレス社は資金提供に値するものを見つけるのに非常に苦労するでしょうし、仮に資金提供できたとしても、それは成功しないでしょう。」

ウッドワード氏はただ石を投げているだけではない。彼はマッハ効果重力アシスト・ドライブ（MEGA）と呼ばれる独自のプロトタイプ推進システムを開発した。2つの小さなブロックの間にセラミックディスクを積み重ねただけの、一見すると大したことないシステムだが、NASAから75万ドルの研究助成金を獲得した。さらに重要なのは、ウッドワード氏と彼の同僚たちが、MEGAドライブが推進力を生み出すという証拠を持っていることだ。

セラミックディスクに電圧をかけると、ディスクが膨張してブロックの1つを押します。マッハ効果の理論によれば、物体（この場合は押されている側のブロック）が加速すると、わずかに質量が減ります。中央のセラミックディスクが収縮すると、その質量が戻ります。つまり、ディスクの反対側にあるブロックは、質量が変化する側のブロックよりも前方に引っ張られる力が大きいということです。これを繰り返し行うことで、ウッドワード氏のデータは装置が前方に加速することを示唆しています。ウッドワード氏と他の2つのグループは、MEGA装置が推力を生み出していることを示すデータを生成しましたが、ドレスデンにあるタジマール氏の研究室で行われた追加テストでは、これらもすべて測定誤差である可能性があることが示唆されています。

Limitlessが資金提供を計画しているようなプロジェクトを、ほとんどの研究機関が敬遠する理由は容易に理解できます。まさにハイリスク・ハイリターンの典型と言えるでしょう。NASAが人類を再び月に送り込むことさえ苦闘している今、少々理想主義的に思えるかもしれません。しかしホワイト氏は、この研究を進めることは、地上に取り残された私たちにも利益をもたらすと述べています。

「偉大なことを成し遂げようとする中で、私たちは今この瞬間に役立つ新しい技術を実現することができます」とホワイト氏は言います。「長期的な応用としては恒星間旅行が考えられますが、こうしたことを探求することで、可能性の限界を押し広げるモチベーションが生まれます。そしてその過程で、地球に住むすべての人々の生活をより良くすることができる可能性もあるのです。」

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