باحثون من جامعة أرييل يكشفون عن آليات كمية موزعة للدفع دون الحاجة إلى دفع صاروخي
في السنوات الأخيرة، اكتسبت الأبحاث الرائدة زخمًا كبيرًا في مجال المحركات النسبية - أنظمة الدفع النظرية التي تستخدم مبادئ النسبية لإنتاج الحركة دون الحاجة إلى وقود الصواريخ أو الدفع التقليدي. يرأس هذا المجال البروفيسور آشر ياهالوم من قسم الهندسة الكهربائية والإلكترونية في جامعة أرييل. في إطار المؤتمر الدولي حول التقنيات الحالية في مجال الجو والفضاء، الذي نظمته إدارة علوم الجو والفضاء في جامعة كارونيا الهندية، تم منح جائزة للأستاذ الدكتور آشر ياهالوم لتطويره موضوع المحرك النسبي.
تعتمد المحركات النسبية على مجموعة لورنتز - مجموعة التحولات التي تصف تناسق الزمكان في النظرية النسبية الخاصة. المعادلات المتماثلة في هذه المجموعة لها حلول تتميز بالتأخير النسبي: حيث تنتشر التغيرات في المجالات الكهرومغناطيسية عبر الفضاء بسرعة محدودة (سرعة الضوء)، بحيث يتأخر تأثيرها على مكونات النظام بشكل مباشر متناسب مع المسافة بينها. يؤدي هذا التأخير إلى اختلال التوازن في القوى الداخلية، مما يسمح للنظام باكتساب زخم ميكانيكي صافٍ - دون انتهاك قانون حفظ الطاقة أو قانون حفظ الزخم.
في المقالات المبكرة، تم التأكيد على أنه في الأنظمة الموزعة (عندما تكون أجزاؤها متباعدة)، لا ينطبق قانون نيوتن الثالث ("قوة الفعل ورد الفعل") بشكل كامل. ويسمح هذا الخلل للنظام بالتسارع كنظام واحد. ومع ذلك، واجه الباحثون في النماذج الأولية العيانية عقبات غير متوقعة: أعطال كهربائية بسبب كثافة شحنة عالية للغاية، وقيود التوصيل في الموصلات العادية - حتى الموصلات الثنائية.
وفي الفترة 2023-2024، تحول تركيز البحث إلى المحركات المجهرية، التي تستغل الكثافات الهائلة للشحنة والتيار الموجودة بشكل طبيعي في المادة على مستوى الذرة الفردية. هنا، وعلى النقيض من الأنظمة العيانية، فإن المجالات الكهربائية الهائلة المطلوبة للدفع لا تؤدي إلى انهيار كهربائي - وهي الظاهرة التي تسمح بالتغلب على القيود العملية للنماذج السابقة.
تميز عام 2024 بثلاثة تطورات رئيسية. أولاً، تم إجراء تحليل كمي للمحركات النسبية، مع فهم أن الفيزياء الكلاسيكية غير كافية على المستوى الذري ويجب استخدام أدوات ميكانيكا الكم. لقد بحثت هذه الدراسة في كيفية تأثير التحليل الكمي على فهم المحرك، مع الأخذ في الاعتبار وجود مناهج مختلفة في ميكانيكا الكم (على سبيل المثال، نهج بوم مقابل نهج إيرنفست)، وأظهرت أنه في ظل ظروف معينة (وبحسب مناهج معينة) قد تؤدي التأثيرات الكمومية إلى تحسين الكفاءة. لقد تم تحقيق تقدم أكبر في تطوير المحركات المعتمدة على الوقت، والتي تعمل بترددات عالية للغاية - ترددات الميكروويف بشكل أساسي. وهنا أصبح من الواضح أن التغيرات المستمرة في التيار في دورات قصيرة تسمح بإنشاء زخم أكثر أهمية مما هو الحال في الأنظمة الثابتة. وأخيرا، تم تقديم تصميم مبتكر وبسيط نسبيا، يعتمد على مزيج من المواد المغناطيسية والمكثفات المشحونة. يؤدي هذا التصميم إلى التخلص من الحاجة إلى أنظمة الوساطة المعقدة ويقرب المجال من التنفيذ التجريبي بتكاليف منخفضة. ويعمل طالب البحث إيلاد ديان حاليًا على تنفيذ النظام.
ورغم التقدم، يواجه الباحثون تحديات كبيرة على المستوى الذري. من الضروري هندسة مادة ذات جزيئات غير متماثلة مع مسافات صغيرة جدًا بين الإلكترونات والنواة. أو بدلاً من ذلك المواد الموصلة التي تكون فيها الإلكترونات الموصلة على مسافة صغيرة من النوى.
يقول البروفيسور آشر ياهالوم، الذي يقود الأبحاث في هذا المجال في جامعة أرييل: "الرؤية هي أنظمة دفع مدمجة للأقمار الصناعية، أو حتى سيارة ذات قدرة على الحركة الرأسية يمكنها تجنب الاختناقات المرورية". "ولكننا لا نزال في المرحلة الأساسية - مثل الترانزستورات الأولى في الخمسينيات من القرن العشرين."
يوضح البحث حول المحركات النسبية، الذي قاده البروفيسور آشر ياهالوم من جامعة أرييل، كيف يمكن للرؤى المستمدة من نظرية النسبية وميكانيكا الكم أن تشعل ثورات تكنولوجية. ورغم أن الطريق إلى التطبيقات التجارية لا يزال طويلاً، فسوف يُذكر عام 2024 باعتباره العام الذي شهد فيه هذا المجال ثورة ــ من لغز نظري إلى مجال هندسي واعد.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 4
لماذا جميع المقالات حول هذا الموضوع موجودة في مجلات MDPI وليس في IEEE، ELSEVIER، PHYS REV LETTERS؟
ربما يكون من المفيد أن نبدأ المقال بتوضيح ما هو المحرك النسبي.
مثير! كل الاحترام. إذا نجح البحث، فقد يكون له تأثير كبير على تكاليف الإطلاق ودفع الصواريخ. قوة مستقيمة!
يجب على دولة إسرائيل أن تضع مئات العلماء في خدمة إنتاج الطاقة البديلة، وبالتالي إعادة الدول العربية إلى مكانها الطبيعي.
لقد أثرى النفط قطر وهي تسيطر على العالم. وهذا هدف وطني من الدرجة الأولى.
شكرا للأستاذ