Woodward etkisi

Mach etkisi olarak da adlandırılan Woodward etkisi, tahmin edilen üç Mach etikisinden en az bir tanesi ve 1990 yılında James F. Woodward tarafından önerilen bir hipotezin parçasıdır. Hipoteze göre, geçici kütle dalgalanmaları, herhangi bir nesnenin düzgün hızlanma sırasında iç enerjiyi absorbe ettiğini söylemektedir. Bu etkiyi hızlandırmak, Woodwrad ve diğerlerinin çeşitli deneylerde ölçmeye çalıştığı tepkisiz bir itme oluşturabilir.  Eğer Woodward etkisi kanıtlanabilirse, uzay aracı motorlarının tasarımında maddeyi hızlandırmak için zorlamaya gerek duymayan alan itme motorları için kullanılabilir. Böyle bir motor ise, bir Mach etkisi iticisi olarak da adlandırılan (MET) , uzay yoluculuklarında bir devrim olacaktır. Bu zamana kadar, bu etkisinin varlığı henüz kanıtlanamamıştır. Etkiyi kullanmak ve geçerliliğini sağlamak için yapılan deneyler Woodward ve diğerleri tarafından sürdürülmektedir. Hipotezin henüz deneysel bir kanıtı olmadığı gibi, bilimsel çevreler tarafından da destek görmemiştir.

Mach etkisi

Woodward’a göre , en az üç Mach etkisi teorik olarak mümkündür: vektörel itme, açık eğik uzay-zaman ve kapalı eğik uzay-zaman. 
İlk etki, Woodward etkisi, hipotezin minimum enerji etkisidir. Woodward etkisi daha çok hipotezi kanıtlamaya ve Mach etkisi itmesi için bir zemin hazırlamaya yöneliktir.
Üç Mach etkisinin ilkinde tahrik veya taşıma için Woodward etki Güneş sistemi içinde itme en iyi uzay aracı reaksiyon sistemleri, ya da, kontrol, yörünge uydu istasyonu tutmak için bir dürtü etkisi kullanılabilir. İkinci ve üçüncü etkiler açık ve kapalı uzay-zaman etkileridir. Açık eğri uzay-zaman etkileri zincir alanları üretmek için bir saha oluşturma sistemine uygulanabilir. Kapalı eğri uzay-zaman etkileri ise kurtyenikleri oluşturmak için bir alan üretim sisteminin parçası olabilir. Üçüncü Mach etkisi, bir kapalı eğri uzay-zaman ya da benign kurtyeniği olarak da adlandırılan kapalı zamansal eğridir. Kapalı eğri uzay Genellikle solucan deliği ya da karadeliğin olarak bilinen edilir. İletişim filmindeki solucan deliklerinin bilimsel temeli için Carl Sagan tarafından istendiğinde, Kip Thorne iyi huylu solucan deliklerinin teorisini geliştirdi. Bir solucan deliğinden ulaşım nesil, istikrar ve trafik kontrolü şu anda sadece teorik olarak mümkündür. Yaşanan bir zorluk, yaklaşan enerji düzeyleri için bir gerekliliktir "Jüpiter kütle büyüklüğü’ne yaklaşan enerji düzeylerinin gerekliliğidir.

Eylemsizlik Yerçekimi kökeni

Woodward etkisi, Mach’in genel görelilik kapsamındaki durağanlık üzerine olan prensibi ve Albert Einstein tarafından Ernst Mach’a atfedilen görelilik etkilerine dayanır. Mach prensibi, genellikle “ yerel eylemsizlik çerçevesi tamamen evrendeki  dinamik alanlardan meydana gelmektedir” şeklinde tanımlanabilir. 
Mach prensibinin bir formülasyonu ilk önce 1953 yılında Dennis Sciama tarafından  ,Maxwell'in elektrodinamik için  biçimciliği  üzerine modellenmiş olan, yerçekiminin vektör teorisi olarak önerildi. Dennis Sciama daha sonra bu teroriyi 1964 yılında genel görelilğe eş bir tensor biçiminde yeniden formüllemiştir.
Schiama tüm nesnelerin hızlandırılmasında anlık atalet kuvvetleri bir ilkel yerçekimine dayalı atalet ışınım alanı tarafından üretildiği belirtmektedir. ( şimdi “G/I alanı” ya da “yerçekimsel alan” a bakılabilir). Daha önce Sciama tarafından formüle edildiği üzere, Woodward Wheeler-Feynman emme teorisi’nin anlık atalet kuvvetlerinin hareketini Machian terimleri türünden anlamak için doğru bir yol olacağını düşündürmektedir .
Sciama’nın atalet-indüksiyon fikirleri, herhangi bir Friedmann-Robertson-Walker kozmolojisi için  Einstein'ın genel görelilik kuramı çerçevesinde doğru olarak anıtlanmıştır. Woodward göre, Mach etkilerinin 'türevleri relativistik olarak değişken değildir”, bu nedenle koruma yasaları korunur, ve genel görelilik dışında hiçbir "yeni fizik" yer almaz.

Uzay yolculuğu

Günümüzdeki uzay araçları itici sürülmesi nedeniyle hızlarında bir değişim yaşarlar; bu da bir gezegen ya da Ay’dan kaynaklanan yerçekimi yardımı (sapan) kullanımından ya da radyasyon basıncı ve yıldız rüzgar momentumu çekilmesinden kaynaklanır. Bu methodlar, hızlanmak zorunda olan roketleri sınırlamaktadır ve aynı zamanda tükenmesine yol açmaktadır ve yıldızsal rüzgarlar ve gezegenlerin yerçekimleri yalnızca Güneş Sistemi’nde kullanılabilmektedir.  Yıldızlar arası uzay ve yukarıdaki kaynaklardan yoksun olarak, itme gücünün farklı formları bir uzay aracını itmek için gereklidir ve  literatürde fazla gelişmiş ya da egzotik olarak bahsedilirler.

Tepki motoru

Eğer Woodward etkisi kanıtlanabilirse ve bir motor Mach etksini uygulamak için dizayn edilirse, sonrasında bir uzay aracının sabit bir hızlanmaya sahip olması mümkün kılınabilir ve böylece uzay gemisi yakıtını taşımaya gerek olmadan yıldızlararası uzay boyunca hızlanabilir.  Woodward bu konu hakkında 1997 yılındaki “NASA Breakthrough Propulsion Physics Program” isimli konferansta bir sunum yapmış ve bundan sonra da konu hakkındaki çalışmalarını yayınlamaya devam etmiştir.
Yıldızlar arası Yolculuğun etki anını göz ardı ederek bile, gelecekte Mach etkisine dayanana itme motorları tarafından yönlendirilen uzay araçları yıldızlararası yoluculukta bir devrim açacak ve tüm güneş sisteminin kolonizasyonuna sebep olacaktır.  Yolculuk zamanları güç kaynaklarındaki var olan belirli güç ile sınırlıdır ve insan fizyolojosinin hızlanması el verdiği sürece, herhangi bir uzay ekibi  tayfasına üç haftadan kısa sürede ay ya da herhangi bir gezegene kolayca ulaşılmasına olanak sağlayacaktı. Örneğin, tipik bir örnek olarak Dünya’dan Ay’a 1g lık hızlanama ile tek yönlü bir yolculuk 4 saat, Mars’a 5 gün, göktaşlarına 5 ile 6 gün ve Jupiter’e 6 ya da 7 gün sürecekti.

Çözgü sürücüleri ve soluncan delikleri

Yukarıdaki geçici kütle dalgalanmaları denkleminde gösterildiği üzere, egzotik madde teorik olarak oluşturalabilir. Yüksek miktarlardaki negatif enerji yoğunluğu ışık hızından daha hızlı olan uzay araçları ve solucan delikleri için olan temel eleman olacaktır. Eğer bilimsel geçerliliği kanıtlanabilirse, hipotez tarafından tahmin edildiği üzere pratikte kullanışlı ve yükselen yapısıyla, Woodward etkisi sadece yıldızlararası ulaşım da değil, yıldızlararası yolculuktan daha hızlı yolculuklarda da kullanılabilecektir. 
Negatif kuvvet, uzay döngüsü tarafından Alcubierre ölçülerine göre zamanı sarmalayabilecektir. 
Yeterince egzotik madde ayrıca bir solucan deliği oluşturmak ve çökmesini önlemek için bir noktaya konsantre olabilir. Woodward ve diğerleri solucan deliğinin ağzında egzotik maddenin en odağının bozulabileceğini ( beyaz bir delik oluşturarak), böylesine bir yerçekimsel tekilliğin boğazını ufuk ve gelgit gerilimleri önlemek için yeterince düz olarak şekillendirdiğini, ve sonuçta da uzak  uzay zamanda “saçma huylu sürülebilir solucan deliği” ni oluşturur. Bu tür terimler ise bilim- kurgu filmlerinde yıldız kapıları olarak oldukça yaygındır.

Patentler ve pratik aletler

Woodward ve çalışma arkadaşları tarafından Woodward etkisinin pratikte ne tür cihazlarda itme oluşturmak için nasıl kullanılabileceğine dair iki patent alınmıştır: 
1994 yılında, alınan ilk patentin başlığı: “Nesnelerin taşınmasını ve sabit görünen ağırlıklarını hızlandıran geçici kütle değişimleri için metotlar”
2002 yılında, başlığı “ Uzay gemisi yakıtı kullanmadan itme gücü oluşturabilen metot ve araçlar” olan  ikinci bir patent alındı. 
2016 yılında, Uzay Çalışmaları Enstitüsü tarafından, Mach etkisinin gerçekçi etkilerinin fark edilmesini sağlayan üçüncü bir patent daha verilmiştir.
Woodward ve arkadaşları 1990 yılından beri güçleri pratik kullanım için yeterli olacak düzeyde ölçtüklerini ve pratik bir itici taslağı üzerinde çalıştıklarını söylemektedirler. Ancak, henüz toplum önünde sergilenmiş olan hali hazırda kullanıma hazır bir çalışma bulunmamaktadır.

Atalet çerçeveler

Tüm eylemsiz referanslar birbirine göre sabit, doğrusal bir hareket halindedir; akümülatör çalışamazken hızlanmazlarken ivmelenmeleri gerçekleşmemektedir.  Her yerde var olan doğalarına rağmen; eylemsiz referanslar hala tam anlamıyla anlaşılmış değillerdir.  Var oldukları kesindir ancak onların var oluşuna neyin sebep olduğu, ya da bu kaynaklar etki-tepki oluşturabilir mi hala bilinmemektedir.  NASA’nın Olağanüstü İtme Fizik Programı’ndan Marc Millers, momentum olmadan itme kavramının momentumun korunumu ilkesine ters olduğunu söylemiştir. Bu da uzay kaynaklı araştırmaların momentumun korunumunu işaret ettiğini göstermektedir.
Bu araştırmalardan, birçok bilinmeyenin bulanmasında korunumun referans alındığını işaret etmektedir. Bu nedenle, araştırmalar eylemsiz referansların henüz tamamlanmamış olan araştırmalarına itici etkileşimler bağlamında geri dönmelidir. Mach prensibi genellikle genel görelilik kapsamı içinde “ yerel eylemsizlik referansı evrendeki tamamen dinamik alanlar tarafından belirlenir şeklinde ele alınır. Rovelli, Mach prensibinin çeşitli versiyonlarını yeniden ele alıp değerlendirmiş; bunlardan bazıları doğru bazıları ise tamamen yanlış olarak kabul edilmiştir.

Momentumun korunumu

Momentum kütle carpi hız olarak tanımlanır. Momentumun korunumu  genellilke hız terimleri ile ifade edilir ve iki boyutlu vektörel düzlemde gösterilir. Hızı gösteren bir vektörün hem yönü hem de büyüklüğü vardır. Momentumun korunumuna karar verebilmek için gerekli olan şey; gözlemcinin eylemsizlik referansının sabit olmasıdır. Eylemsizlik referans çerçeveleri sabir hızlar için düzgün bir şekilde tanımlanmıştır ve momentumun korunumu tüm bu çerçeveler için geçerlidir. Hızlanma süresince ya da hızda değişim meydana geldiğinde, momentumun korunumu anlık hızın yerel referans çerçevesi için geçerlidir ancak düzgün hızlanma için geçerli değildir. 
Momentumdaki değişme bir güç temsil eder ve güç F=ma şeklinde tanımlanmıştır. Whealton ve diğerleri F=d(mv)/dt şeklindeki daha teknik bir terimi kullanmışlardır. Bu tanım F=m dv/dt + dm/dt v. Olarak genişletilebilir.  Bu ikinci terim anlık olarak ölçülen kütle ve hız değişimlerini gösterir.  Bu terim genellikle, Woodward’ın eylemsizlik referans çerevesini iptal eden bir terimdir. Woodward, dm/dt v nin aletteki fiziksel gücü temsil etmediğini, çünkü alet anlık olarak hareketsiz kaldığında yok olduğunu öne sürmüştür. 
Momentum ve enerjinin uzaktaki madde ile değişimi, momentum ve enerjinin küresel korunumunu garanti etse de, bu alan değişimi madde ile telafi edilemez ve bu da kullanımda olan yakıtların durumundan farklıdır. 
Bu nedenle de, alan değişimleri göz ardı edildiğinde, uzay yakıtı iticisi enerjisiz bir cisim gibi davranır. Bu Newton’un temel analizlerinde apaçık görülmektedir: eğer sabit güç sabit itme üretirse, enerji girişi ve enerji çıkışı zaman ile kuadratiktir. Bu nedenle de enerji çıkışının enerji girişinden yüksek olduğu başa-baş zaman işlemi meydana gelir.  Ne kadar uzun süre ivmelenmesine izin verilirse bu etkinin etkisi o kadar devam eder ki bu da basit Newton fiziğinin tahmin ettiği bir şeydir. 
Korunumla ilgili  bu konuları düşündğümüzde, Mach etkisi itmesinin Mach prensibine dayandığını ve elektiriği kinetiğe döüştrmeyen bir transformatör olduğunu görürüz. Başka bir deyişle, bu etki elektrik enerjisini kinetik enerjiye dönüştürmez. Bunun yerine, MET yerçekimsel akımı ve iticinin aktif kütlesini kontrol eden bir yerçekimsel ileteç olarak görev yapar. İticiye gelen temel güç yerçekiminin akımından kaynaklanır , aletin elektirksel gücünden değil. Bunu hesaba kattığınızda,  rüzgar yelken hesabı ile çok benzer olduğunu görebiliriz. Mach etkisi doğası itibarıyla gerçekçidir ve bu etki ile hızlanan bir uzay aracı ve gemi ile hızlanmamakta olan itici düşünüldüğünde,  bu durum hızlanıyormuş gibi ele alınmalıdır ve böylece de  hareketli referans çerçevesi de hızlanıyor gibi ele alınmalıdır.  Bu durumda F=ma eşitliği de bozulacaktır. Kaliforniya Eyalet Üniversitesi’nde Profesör olan Keith H. Wanser, 2013 yılında Mach etkisi itmelerinin korunum konularını ele alan bir makale yayınlamıştır.

İlgili teoriler

Woodward hipotezi Dennis William Sciama’nın Wheeler–Feynman’ın emilim teorisine göre kütledeki dalgalannmaların yerçekimi/referans radyasyon reaksiyonlardan kaynaklı  Mach etkisi prensiplerine dayanmaktadır. Elektormanyetik alan denklemleri de tanımlara dahildir ancak Jefimenko ve Maxwell’in denklemleri ile sınırlı değildir.  
Woodward etksisi aynı zamanda Nordvedt etkisi ile de bağlantılıdır. Bu etkiye göre kütlesel yapılar yer çekimsel enerjileri oranında düşmelidir.  Bu ise yerçekiminin hızdan ve mekandan bağımsız olduğu ve birçok fizikçi tarafından son derece önemli olarak kabul edilen güçlü denklik yasalarını ihlal eder. Lunar Laser Ranging deneyinde data toplanan veriler ve devamındaki analizler Nordtvedt etkisin büyük bir hassasiyet ile ortadan kaldırmıştır.

Kuantum mekaniği

2009 yılında Harold "Sonny" White,  gerçekçi olamayan bir hipotez olan ve uzay boşluğunda bile kuantum mekaniğine dayanan momentum üretmeyi amaçlayan NASA Kuantum Vakum Dalgalanmaları (QVF) hipotezini öne sürmüştür.
Wheeler–Feynman’ın emme teorisindeki Schiama’nın yerçekimsel alanının Woodward etkisinde kullanıldığı yerde, Beyaz hipotez Schiama’nın yerçekimsel alanını kuantum elektrik alan ile doldurur.  Yerel güçler üretilir ve  yerçekimsel alanda momentum oluşturmak için kullanılan işlemler kullanılarak, QED vakum alanında momentum akımları oluşturulur. Takip eden analizlerde daha yüksek hassasiyet elde etmek için, bu yaklaşımdaki Nordtvedt etkisi ortadan kaldırılmıştır. Ancak White,  MHD plazmalarını Woodward’ın katı hal fiziği karşılaştırmalarında  yerel momentumu ölçmek için kullanır. 
White’ın hipotezine göre, önerilen teorik araç kuantum vakum plazma itici (QVPT) ya da Q-itici’dir. Bu zamana kadar hiçbir deney yapılmamıştır. Gelişmiş/ gecikmiş dalgalar boyunca uzaktaki kozmik madde ile momentum değiştiren ( Wheeler-Feyman teorisi) Mach etkisi iticisinden farklı olarak, Sonny’nin “Q-itici” si, momentum korunumunu ihlal etmekte gibi görünmektedir. İticinin itme ile oluşturabilmesi için dikey Q parçacığı/anti parçacığının çekildikten sonra ortadan kaldırılması gerekmektedir. Ancak, bu enerjinin korunumunu ihlal etmeyecektir. Çünkü , standart MHD iticisi gibi, elektrik akımına ihtiyaç duyacak ve enerji girişine eşit miktarda kinetik enerji üretemeyecektir.

Medya reaksiyonu

Woodward’ın yayınlarındaki önerileri ve uzay teknolojileri konferanslarındaki sunumları medyada,  üniversite  ve uzay haberlerinde  uzay teknolojilerinde bir çığır açıldığını konusunda büyük ilgi uyandırmaktadır. Tüm bunların yanı sıra Woodward Ancient Aliens isimli televizyon programı için videolu bir demeç vermiştir. Tüm bunlara rağmen tartışmalar/ şüpheler halen devam etmektedir.