Wanneer mensen, dieren en machines over de hele wereld bewegen, duwen ze altijd ergens tegenaan, of het nu de grond, de lucht of het water is. Tot voor kort geloofden natuurkundigen dat dit een constante was, volgens de wet van behoudsmomentum. Nu hebben onderzoekers van het Georgia Institute of Technology het tegenovergestelde bewezen:wanneer lichamen in gekromde ruimtes bestaan, blijkt dat ze in feite kunnen bewegen zonder ergens tegenaan te duwen.

De bevindingen zijn gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences op 28 juli 2022. In de krant creëerde een team van onderzoekers onder leiding van Zeb Rocklin, assistent-professor aan de School of Physics van Georgia Tech, een robot die beperkt is tot een bolvormig oppervlak met ongekende niveaus van isolatie van zijn omgeving, zodat deze door kromming veroorzaakte effecten zouden overheersen.

"We laten ons van vorm veranderende object bewegen op de eenvoudigste gekromde ruimte, een bol, om de beweging in de gekromde ruimte systematisch te bestuderen", zei Rocklin. "We kwamen erachter dat het voorspelde effect, dat zo contra-intuïtief was dat het door sommige natuurkundigen werd afgewezen, inderdaad plaatsvond:toen de robot van vorm veranderde, schoof hij naar voren rond de bol op een manier die niet kon worden toegeschreven aan omgevingsinteracties."

Een gebogen pad maken

De onderzoekers gingen onderzoeken hoe een object binnen een gekromde ruimte bewoog. Om het object op de bol te beperken met minimale interactie of uitwisseling van momentum met de omgeving in de gekromde ruimte, lieten ze een stel motoren als bewegende massa's op gebogen banen rijden. Dit systeem hebben ze vervolgens holistisch verbonden met een roterende as, zodat de motoren altijd op een bol bewegen. De as werd ondersteund door luchtlagers en bussen om de wrijving te minimaliseren, en de uitlijning van de as werd aangepast aan de zwaartekracht van de aarde om de resterende zwaartekracht te minimaliseren.

Vanaf daar, terwijl de robot bleef bewegen, oefenden zwaartekracht en wrijving lichte krachten uit op de robot. Deze krachten hybridiseerden met de krommingseffecten om een ​​vreemde dynamiek te produceren met eigenschappen die ze op zichzelf niet konden veroorzaken. Het onderzoek biedt een belangrijke demonstratie van hoe gekromde ruimtes kunnen worden bereikt en hoe het de fysieke wetten en intuïtie die zijn ontworpen voor platte ruimte fundamenteel uitdaagt. Rocklin hoopt dat de ontwikkelde experimentele technieken andere onderzoekers in staat zullen stellen deze gekromde ruimtes te verkennen.

Toepassingen in de ruimte en daarbuiten

Hoewel de effecten klein zijn, omdat robotica steeds nauwkeuriger wordt, kan het van praktisch belang zijn om dit door kromming veroorzaakte effect te begrijpen, net zoals de lichte frequentieverschuiving die door de zwaartekracht wordt veroorzaakt, cruciaal werd om GPS-systemen in staat te stellen hun posities nauwkeurig door te geven aan orbitale satellieten. Uiteindelijk kunnen de principes van hoe de kromming van een ruimte kan worden gebruikt voor voortbeweging, ruimtevaartuigen in staat stellen om door de sterk gebogen ruimte rond een zwart gat te navigeren.

"Dit onderzoek heeft ook betrekking op de 'Impossible Engine'-studie," zei Rocklin. "De maker beweerde dat het vooruit kon gaan zonder drijfgas. Die motor was inderdaad onmogelijk, maar omdat de ruimtetijd heel licht gekromd is, zou een apparaat daadwerkelijk vooruit kunnen gaan zonder externe krachten of het uitzenden van een drijfgas - een nieuwe ontdekking." + Verder verkennen

Vrije-ruimte lichtkoppeling met behulp van gebogen microspiegels