10周把人送上火星的EmDrive引擎，民科、神啟還是世紀(jì)大發(fā)現(xiàn)？

本文作者：亞萌

2016-09-01 11:30

導(dǎo)語(yǔ)：無(wú)論是普通人還是科學(xué)家，似乎能一眼望見(jiàn) EmDrive 背后的荒謬，然而實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻令人震驚。

無(wú)論是普通人還是科學(xué)家，似乎能一眼望見(jiàn) EmDrive 背后的荒謬，然而實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻讓人再次睜大雙眼。

據(jù)《每日郵報(bào)》報(bào)道，美國(guó)航天局（NASA）經(jīng)過(guò)幾年的“閉關(guān)”研究，終于要發(fā)表關(guān)于 EmDrive 的論文了。據(jù)悉論文已經(jīng)通過(guò)了同行審議階段，一家主流學(xué)術(shù)期刊接受了論文發(fā)表的申請(qǐng)，不日我們將親見(jiàn) NASA 數(shù)年神秘研究的成果。

EmDrive 在科學(xué)界是個(gè)異數(shù)，是個(gè)“違反經(jīng)典物理學(xué)”的存在，很容易被認(rèn)為是引人嗤之一笑的民科。

然而，十多年了，EmDrive 并沒(méi)有滑落到塵埃里，反而引起越來(lái)越多的關(guān)注。因?yàn)?，?quán)威如 NASA 這樣機(jī)構(gòu)，都無(wú)法否認(rèn)它產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而更令人費(fèi)解的是，至今都沒(méi)有人知道它的工作原理，就連它的發(fā)明人 Roger Shawyer 也無(wú)法解釋清楚。

這讓人不禁想起科幻小說(shuō)家阿西莫夫《永恒的終結(jié)》里的場(chǎng)景：未來(lái)的人類(lèi)通過(guò)時(shí)間旅行，將一個(gè)名為維科·馬蘭松的人送來(lái) 21 世紀(jì)，制作出了超越當(dāng)時(shí)科技水平的機(jī)器。書(shū)里有這么一段描述馬蘭松：

“他的同僚們常常感到很懊惱，因?yàn)樗梢栽斐鲞@么神奇的機(jī)器，卻解釋不出原理。”

而這與 EmDrive 的發(fā)明人 Roger Shawyer 面臨的境況何其相似。

| EmDrive：沒(méi)有燃料的引擎

EmDrive 的全稱(chēng)是 Electromagnetic Drive (電磁驅(qū)動(dòng))，其核心部件是一個(gè)特殊形狀的微波共振腔體，里面不斷跳躍的微波給航天器提供推力，而太陽(yáng)能可以提供電力來(lái)維持微波的運(yùn)動(dòng)。

Roger Shawyer稱(chēng)其為"沒(méi)有排氣裝置的火箭引擎"。這意味著，它是一個(gè)沒(méi)有燃料的火箭引擎。

10周把人送上火星的EmDrive引擎，民科、神啟還是世紀(jì)大發(fā)現(xiàn)？

EmDrive原型機(jī)，圖自: The Wired

如果它能夠變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，將會(huì)對(duì)整個(gè)航天業(yè)產(chǎn)生無(wú)與倫比的影響。因?yàn)楝F(xiàn)階段的航天器需要攜帶大量的沉重燃料才能飛上外層空間，燃料沒(méi)了，航天器也不能再運(yùn)行。

以 NASA 為火星之旅準(zhǔn)備的 SLS 火箭為例，它需要將頂層的"獵戶(hù)座"太空艙送到外太空，但是如下圖所示，整個(gè)火箭的體積和質(zhì)量最多的部分，是紅色和藍(lán)色的液態(tài)燃料罐。

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EmDrive不需要任何此類(lèi)的燃料，它產(chǎn)生推力的核心部件就是一個(gè)真空的腔體，相比于傳統(tǒng)燃料罐，輕地不可思議。

只需要太陽(yáng)能，它就可以在外層空間慢慢地累積速度，最后達(dá)到極快速度飛至外星球。據(jù)估算，如果將 EmDrive 作為宇宙飛船的發(fā)動(dòng)機(jī)，那么前往月球只要 4 小時(shí)，到火星只要 10 周，到半人馬座，只要 100年（現(xiàn)階段技術(shù)需要數(shù)萬(wàn)年）。

但是， EmDrive 飽受質(zhì)疑，因?yàn)樗坪踹`反了牛頓第三定律。

| EmDrive違反了經(jīng)典物理學(xué)定律？

牛頓第三定律是這樣的：

當(dāng)兩個(gè)物體相互作用時(shí)，彼此施加于對(duì)方的力，其大小相等、方向相反?！傲Α眲?shì)必會(huì)成雙結(jié)對(duì)地出現(xiàn)：其中一道力稱(chēng)為“作用力”；而另一道力則稱(chēng)為“反作用力”。

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火箭要升空，就要產(chǎn)生推進(jìn)力，那么產(chǎn)生推進(jìn)力的方法是火箭內(nèi)部液態(tài)燃料燃燒，噴出的氣體對(duì)火箭產(chǎn)生向上的反作用力的推力，這個(gè)推力讓火箭升空。

但是 EmDrive 的外界沒(méi)有任何的作用力，可是它卻憑空產(chǎn)生了前進(jìn)的推進(jìn)力。

Roger Shawyer 在接受采訪時(shí)也被問(wèn)到這個(gè)“永恒的”問(wèn)題，他明確表示 EmDrive 并沒(méi)有違反牛頓力學(xué)定律，但是用于解釋的理由卻很模糊。他說(shuō)：

"EmDrive 建立在牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律之上。EmDrive 在一個(gè)方向上產(chǎn)生推進(jìn)力，如果情況允許的話(huà)，它也會(huì)在相反方向加速。整個(gè)過(guò)程的動(dòng)量是守恒的。" （EmDrive produces thrust in one direction, and if it's allowed to, it will accelerate in the opposite direction. Momentum is conserved by this process.）

他表示，EmDrive 建立在麥克斯韋、牛頓和愛(ài)因斯坦等人的理論之上，并沒(méi)有其他的獨(dú)特理論。

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接受采訪的 Roger Shawyer

雖然 Roger Shawyer 于 2001 年在英國(guó)成立了 Satellite Propulsion Research 公司，致力于 EmDrive 的研究，但雷鋒網(wǎng)并沒(méi)有找到該公司網(wǎng)站，只找到了一個(gè)很簡(jiǎn)陋的提供 EmDrive 相關(guān)信息的網(wǎng)頁(yè)。

| NASA 石破天驚的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

Shawyer 在 2003 年進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并稱(chēng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示產(chǎn)生了微小的 16 毫牛的推進(jìn)力，相當(dāng)于2 顆花生的重量。然而，他并沒(méi)有發(fā)表經(jīng)過(guò)同行審議的學(xué)術(shù)論文（或者說(shuō)，沒(méi)機(jī)會(huì)發(fā)表）。

2006 年，一個(gè)名叫 Guido Fetta 的美國(guó)工程師仿照 EmDrive 制作出來(lái)一臺(tái)原型機(jī)，名為“Cannae Drive”，他同樣沒(méi)有發(fā)表論文。

2006 年 9 月 8 日，英國(guó)老牌科學(xué)雜志 New Scientist 選擇以 EmDrive 為封面，發(fā)表的相關(guān)文章認(rèn)為這個(gè)裝置似乎是可信的。隨后，科幻作家 Greg Egan 發(fā)表公開(kāi)信，表示這篇文章“一味追求轟動(dòng)效應(yīng)，作者缺乏基本的科學(xué)知識(shí)。”Greg Egan 的文章被美國(guó)數(shù)學(xué)物理學(xué)家 John C. Baez 轉(zhuǎn)發(fā)在自己的博客上。New Scientist 迅速發(fā)表澄清聲明，并附上專(zhuān)家們對(duì) EmDrive 持否定意見(jiàn)的公開(kāi)信。

人們普遍認(rèn)為 EmDrive 就跟永動(dòng)機(jī)一樣，缺乏科學(xué)原理的支撐，不可能實(shí)現(xiàn)。

到這時(shí)，或許我們還可以笑稱(chēng) EmDrive 為民科，直到中國(guó)的一組科學(xué)家開(kāi)始將 EmDrive 拉進(jìn)正規(guī)的學(xué)術(shù)圈。

從 2010 年開(kāi)始，中國(guó)西北大學(xué)的楊涓教授就開(kāi)始發(fā)表關(guān)于 EmDrive 的論文。在 2013 年，她帶領(lǐng)一組隊(duì)伍，制作出了 EmDrive 原型機(jī)，并發(fā)表論文（中文）公布測(cè)試結(jié)果：2.5 千瓦的電量產(chǎn)生了 720 毫牛（約 72 克）的推進(jìn)力。有人將楊涓的論文翻譯成了英文，在媒體和學(xué)術(shù)圈流傳開(kāi)來(lái)。

2013 年 8 月，NASA 有一個(gè)專(zhuān)注于推進(jìn)器裝置的研究團(tuán)隊(duì)，叫做“ Eagleworks”，他們?cè)诘驴怂_斯州的林頓·約翰遜太空中心（Lyndon B. Johnson Space Center）對(duì)兩臺(tái) Cannae Drive 進(jìn)行了為期 8 天的實(shí)驗(yàn)，并于 2014 年 6 月 4 日，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果以論文的形式在美國(guó)航空航天學(xué)會(huì)（AIAA）第 50 屆聯(lián)合推進(jìn)大會(huì)上發(fā)表。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在 28 瓦的電力的刺激下，產(chǎn)生了 30-50 微牛（1毫牛=1000微牛）的推力。

10周把人送上火星的EmDrive引擎，民科、神啟還是世紀(jì)大發(fā)現(xiàn)？

圖自：NASA

這一試驗(yàn)結(jié)果堪稱(chēng)石破天驚，本來(lái)大家是等著 NASA “辟謠”的，沒(méi)想到竟是這樣的結(jié)果，大大超乎人們的意料。這一下，EmDrive 火了，各大主流媒體爭(zhēng)相報(bào)道，幾周到達(dá)火星這樣的標(biāo)題霸占了當(dāng)天的科技新聞?lì)^條。

而 Shawyer 本人也開(kāi)始有機(jī)會(huì)在 2014 年 10 月的多倫多航天會(huì)議上發(fā)表演講并發(fā)表論文。

接著，NASA 在 2014 年夏天和 2015 年初，對(duì) Shawyer 的 EmDrive 原型機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在 50 瓦的電力下測(cè)出了 50 微牛的推進(jìn)力。2015 年 7 月，德國(guó)的德累斯頓理工大學(xué) Martin Tajmar 教授在 AIAA 的推進(jìn)和能源論壇展示了自己對(duì) EmDrive 更加精密的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也證明了其確實(shí)能產(chǎn)生推進(jìn)力。

到這個(gè)時(shí)候，有 NASA 和德累斯頓理工大學(xué)兩大權(quán)威機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，人們已經(jīng)無(wú)法以民科來(lái)看待 EmDrive 了，盡管到現(xiàn)在為止，沒(méi)人能給出其背后原理的合理解釋。

同時(shí)，EmDrive“逆襲”的故事性和令人驚嘆的潛在用途，激發(fā)了普通民眾的興趣，而且制作 EmDrive并不需要很復(fù)雜的裝置，在 Youtube 上，有很多科學(xué)愛(ài)好者上傳了自己制作的小型 EmDrive 的實(shí)驗(yàn)視頻。

| 背后可能的原理：沒(méi)人知道，只能猜測(cè)

首先，Shawyer 自己并沒(méi)有給出令人信服的原理解釋。而 NASA 的 2014 年論文里也明確表示，并不對(duì)這個(gè)機(jī)器的原理做任何闡述，只單純提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

坊間盛傳 EmDrive 很可能是《星際迷航》等科幻作品里的“曲速引擎”（Warp Drive），其原理是超光速旅行，通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)前后的時(shí)空來(lái)產(chǎn)生推進(jìn)力。這當(dāng)然是科幻電影粉絲最樂(lè)見(jiàn)的假設(shè)，但已經(jīng)被多個(gè)研究人員否定，其中包括Shawyer本人，他在接受采訪時(shí)明確表示“絕對(duì)不是Warp Drive” 。

10周把人送上火星的EmDrive引擎，民科、神啟還是世紀(jì)大發(fā)現(xiàn)？

比較主流的可靠猜想是，EmDrive 實(shí)際上受到的推進(jìn)力來(lái)自量子真空的虛粒子，虛粒子短暫地存在這個(gè)世界，不斷產(chǎn)生又迅速消失，所以真空并不是真空。但是這僅僅是猜想。

至于這次所傳的 NASA 即將要發(fā)布的論文，消息源來(lái)自 Nasa Spaceflight 論壇的 José Rodal 博士爆料，他在帖子里說(shuō)到：

“我個(gè)人的理解是，Eagleworks 的新論文已經(jīng)被學(xué)術(shù)期刊接受并即將發(fā)表。注意：我并沒(méi)有從任何一位 NASA 的雇員那里聽(tīng)到這個(gè)消息?！?/p>

他還明確說(shuō)出了論文題目，并暗示這家學(xué)術(shù)期刊很可能是 AIAA 旗下的。

而在今年 3 月，Eagleworks實(shí)驗(yàn)室的工程師 Paul March 也在該論壇上證實(shí) EmDrive 正在接受同行審議，但表示這個(gè)過(guò)程十分緩慢。

盡管 José Rodal 博士已經(jīng)明確表示他的消息并非來(lái)自 NASA 雇員，但是還是有大量的主流國(guó)外媒體報(bào)道了這一消息，人們樂(lè)于見(jiàn)到關(guān)于神秘的 EmDrive 的原理解釋?zhuān)驗(yàn)樗_實(shí)太過(guò)奇幻了。

消息源（科學(xué)上網(wǎng)，點(diǎn)擊可獲得）：