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| 本文作者： 亞萌 | 2016-09-01 11:30 |
無論是普通人還是科學(xué)家，似乎能一眼望見 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，美國航天局（NASA）經(jīng)過幾年的“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 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 并沒有滑落到塵埃里，反而引起越來越多的關(guān)注。因?yàn)?，?quán)威如 NASA 這樣機(jī)構(gòu)，都無法否認(rèn)它產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而更令人費(fèi)解的是，至今都沒有人知道它的工作原理，就連它的發(fā)明人 Roger Shawyer 也無法解釋清楚。
這讓人不禁想起科幻小說家阿西莫夫《永恒的終結(jié)》里的場景：未來的人類通過時(shí)間旅行，將一個(gè)名為維科·馬蘭松的人送來 21 世紀(jì)，制作出了超越當(dāng)時(shí)科技水平的機(jī)器。書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 的全稱是 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，而太陽能可以提供電力來維持微波的運(yùn)動(dòng)。
Roger Shawyer稱其為"沒有排氣裝置的火箭引擎"。這意味著，它是一個(gè)沒有燃料的火箭引擎。
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。
EmDrive不需要任何此類的燃料，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)萬年）。
但是， EmDrive 飽受質(zhì)疑，因?yàn)樗坪踹`反了牛頓第三定律。
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眲荼貢?huì)成雙結(jié)對(duì)地出現(xiàn)：其中一道力稱為“作用力”；而另一道力則稱為“反作用力”。
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)也被問到這個(gè)“永恒的”問題，他明確表示 EmDrive 并沒有違反牛頓力學(xué)定律，但是用于解釋的理由卻很模糊。他說：
"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，它也會(huì)在相反方向加速。整個(gè)過程的動(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、牛頓和愛因斯坦等人的理論之上，并沒有其他的獨(dú)特理論。
接受采訪的 Roger Shawyer
雖然 Roger Shawyer 于 2001 年在英國成立了 Satellite Propulsion Research 公司，致力于 EmDrive 的研究，但雷鋒網(wǎng)并沒有找到該公司網(wǎng)站，只找到了一個(gè)很簡陋的提供 EmDrive 相關(guān)信息的網(wǎng)頁。
Shawyer 在 2003 年進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并稱實(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，他并沒有發(fā)表經(jīng)過同行審議的學(xué)術(shù)論文（或者說，沒機(jī)會(huì)發(fā)表）。
2006 年，一個(gè)名叫 Guido Fetta 的美國工程師仿照 EmDrive 制作出來一臺(tái)原型機(jī)，名為“Cannae Drive”，他同樣沒有發(fā)表論文。
2006 年 9 月 8 日，英國老牌科學(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，并附上專家們對(duì) EmDrive 持否定意見的公開信。
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 EmDrive 為民科，直到中國的一組科學(xué)家開始將 EmDrive 拉進(jìn)正規(guī)的學(xué)術(shù)圈。
從 2010 年開始，中國西北大學(xué)的楊涓教授就開始發(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)圈流傳開來。
2013 年 8 月，NASA 有一個(gè)專注于推進(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。
圖自：NASA
這一試驗(yàn)結(jié)果堪稱石破天驚，本來大家是等著 NASA “辟謠”的，沒想到竟是這樣的結(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 瓦的電力下測出了 50 微牛的推進(jìn)力。2015 年 7 月，德國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)無法以民科來看待 EmDrive 了，盡管到現(xiàn)在為止，沒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)愛好者上傳了自己制作的小型 EmDrive 的實(shí)驗(yàn)視頻。
首先，Shawyer 自己并沒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，通過改變發(fā)動(dòng)機(jī)前后的時(shí)空來產(chǎn)生推進(jìn)力。這當(dāng)然是科幻電影粉絲最樂見的假設(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” 。
比較主流的可靠猜想是，EmDrive 實(shí)際上受到的推進(jìn)力來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，消息源來自 Nasa Spaceflight 論壇的 José Rodal 博士爆料，他在帖子里說到：
“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：我并沒有從任何一位 NASA 的雇員那里聽到這個(gè)消息。”
他還明確說出了論文題目，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自 NASA 雇員，但是還是有大量的主流國外媒體報(bào)道了這一消息，人們樂于見到關(guān)于神秘的 EmDrive 的原理解釋，因?yàn)樗_實(shí)太過奇幻了。
消息源（科學(xué)上網(wǎng)，點(diǎn)擊可獲得）：
爆料人 José Rodal 博士表示 NASA 可能的論文題目是：Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio Frequency Cavity in Vacuum.
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