Der EM-Drive - relativistischer Unsinn

Roger Shawyer war Ingenieur beim europäischen Aerospace-Giganten EADS, als er eine Idee zu einem neuartigen Antrieb hatte, der - seiner Meinung nach - die Weltraumfahrt revolutionieren könnte. EADS hatte aber auf Anfrage kein Interesse an seinen Ideen, darum hat er das Projekt auf eigene Faust weitverfolgt und wurde dabei auch teilweise vom britischen Staat finanziert (er bekam ein Forschungsstipendium). Das Konzept ist schnell erklärt: In einem Kegelstumpf (ein Rohr, das an einem Ende breiter ist als am anderen) werden Mikrowellen erzeugt, die an den flachen Endplatten des Rohrs reflektiert werden und so hin und her eilen. Deren Wellenlänge wird so gewählt, dass sie in Resonanz mit dem Kegelstumpf sind (der Abstand zwischen den Endplatten ist ein ganzzahliges Vielfaches ihrer Wellenlänge). Natürlich werden sie nicht nur an den Endplatten, sondern auch an den schrägen Zwischenwänden reflektiert, so dass ihre Gruppengeschwindigkeit, wenn sie sich der kleineren Endplatte nähern, immer stärker verringert. Jedes Mal, wenn sie reflektiert werden, übertragen sie einen winzigen Teil ihrer Energie als Impuls auf die Endplatten. Da sie an der grösseren Endplatte mehr Energie haben (ihre Gruppengeschwindigkeit ist grösser), übertragen sie dort mehr Energie als an der kleineren Endplatte. Netto sollte das - gemäss Shawyer - zu einer Netto-Kraft in Richtung der grösseren Endplatte führen.

Aber halt, sagt jetzt vielleicht jemand: das kann nicht sein. Ist denn die Kraft, die die Wellen bei ihrer Reflektion an den sich verjüngenden Zwischenwänden übertragen, insgesamt gesehen nicht gleich gross wie die Kraft in Richtung der grossen Endplatte? Da würde ich sofort zustimmen - Roger Shawyer jedoch bemüht die Einsteinsche Relativitätstheorie, um (angeblich) zu erklären, dass zwischen der Energieübertragung und dem Abstand der Wände an jedem Punkt eine hoch-nichtlineare Beziehung bestehe, so dass sich die Effekte eben nicht aufheben. Angeblich.

Ein zweiter Einwand wäre, dass der Antrieb die Impulserhaltung verletze. Denn schliesslich beobachtet man, dass im reibungsfreien Raum Bewegung nur zustande kommen kann, wenn es eine gleichartige aber entgegengesetzte Gegenbewegung gibt. Nach diesem Prinzip funktionieren etwa Raketentriebwerke oder Schubdüsen. Beim EM-Drive gibt es aber keine solche Gegenbewegung. Auch hier wieder sagt Shawyer, dass das alles kein Problem sei: Der Impuls werde ja den Mikrowellen entnommen, die im Inneren reflektiert werden. Angeblich.

Wie dem auch sei, Roger Shawyer ist es im Jahr 2006 gelungen, das Interesse des Populärwissenschaftlichen (aber in der Regel verlässlichen) Magazins "NewScientist" zu gewinnen, das einen längeren, insgesamt positiv gefärbten Artikel über seinen "EM-Drive" schrieb. Dabei wurde das Konzept erklärt und auch gezeigt, wie Shawyer seine (auf dem Kopf stehenden) Kegelstümpfe dazu verwenden will, um Autos schweben zu lassen. Darauf folgte ein Entrüstungssturm seitens von wissenschaftern, die dem Magazin vorwarfen, einem Crackpot eine Plattform für seinen "unmöglichen" Antrieb zu bieten.

Der Artikel bei NewScientist
Die darauf folgende Kontroverse

Mittlerweile hat Shawyers Arbeit anscheinend sogar in China Interesse geweckt. So hat eine kleine nordchinesische Universität den Antrieb (mit staatlichen Geldern) nachgebaut und will Shawyers Ergebnisse bestätigt haben. Der Bau eines solchen Antriebs würde, so Shawyer, heutige Antriebe (chemisch, nuklear, elektrisch...) völlig überflüssig machen - China hätte schon bald den Schlüssel zum Weltraum in der Hand. Nun haben - gemäss Shawyers eigenen Angaben - noch weitere "Aerospace Firmen" (die er nicht nennen darf, natürlich...) Interesse angemeldet, so dass jetzt angeblich in "Frankreich, Russland und den USA" Leute an seinem Konzept arbeiten würden.

Mein Interesse war auf jeden Fall geweckt (trotz der Verletzung der Impulserhaltung), und ich stellte fest, dass Shawyer mittlerweile sogar eine Webseite betreibt, wo er die Entwicklung des Antriebes dokumentiert.

http://www.emdrive.com

Unter "Developpement" / "Dynamic tests" findet sich eine Foto, das den experimentellen Versuchsaufbau zeigt. Der EM-Drive, der Kegelstumpf, ist als braunes / kupferfarbene Element zu erkennen. Das ganze ist auf einem rotierbaren Untersatz montiert, so dass dieser, sobald der angebliche Antrieb gestartet wird, zu rotieren beginnen sollte. Unterhalb des Fotos findet sich der Link zu zwei Filmen, die den Antrieb in Aktion zeigen. Wie man dort unschwer erkennen kann, beginnt der Untersatz beschleunigt zu rotieren, sobald der Antrieb eingeschaltet wird. Aber stimmt auch die Richtung? Wie man unschwer erkennen kann, rotiert der Untersatz in Richtung der kleineren Endplatte, nicht in Richtung der Grösseren, in die die angebliche, beschleunigende Kraft wirkt!

Das Experiment widerlegt in diesem Fall direkt die Theorie. Als ich Roger Shawyer in einem E-Mail darauf angesprochen habe, meinte er nur: Der Antrieb gehorche einfach Newtons Gesetz (er meint actio=reactio) und beschleunige entgegengesetzt zum Schub. Das ist offensichtlich falsch (auf meine Erklärung dieses Umstandes in einem weiteren E-Mail folgte Funkstille): aus der Theorie hinter dem Antrieb geht hervor, dass der Kegelstumpf in Richtung der grösseren Endplatte beschleunigen sollte (siehe meine Einleitung oben). Schub ist jedoch der beschleunigenden Kraft entgegen gerichtet, das heisst, der Antrieb müsste natürlich in Richtung der beschleunigenden Kraft, nicht in Richtung des Schubes beschleunigen. Im NewScientsit-Artikel (als es das Experiment noch nicht gab) waren die Illustrationen auch entsprechend der Theorie gestaltet: das Flugauto wird mit EM-Antrieben gezeigt, die nach oben breiter werden. Im Labor aber beschleunigt der "Antrieb" offensichtlich in die andere Richtung, was belegt, dass, was immer für Kräfte bei der Beschleunigung des Untersatzes am Werk sind (keine Ahnung, woher die beobachtete Beschleunigung tatsächlich kommt), sie nichts mit der Theorie hinter dem EM-Drive zu tun haben können. Ganz unabhängig von Impulserhaltung und komplizierten Formeln, die angeblich aus der Relativitätstheorie abgeleitet wurden.

Mein Fazit: kompletter Unsinn. Die Resonanz in deutschsprachigen Zeitschriften wird aber dennoch nicht auf sich warten lassen...

Weitere Artikel:
Flightglobal.com
The Register (UK)
Wired.com

EM-drive Präsentation bei Slideshare (man beachte: in Slide Nr 7 sagt Shawyer selbst, dass die entstehende resultierende Kraft in Richtung der grösseren Reflektorplatte gerichtet ist - im Widerspruch zu seinem eigenen Experiment):
EM-Drive