10 週就能把人送上火星的 EmDrive 引擎,是伪科学还是世纪大发现?

10 週就能把人送上火星的 EmDrive 引擎,是伪科学还是世纪大发现?

 

10 週就能把人送上火星的 EmDrive 引擎,是伪科学还是世纪大发现?

据《每日邮报》报导,美国国家航空暨太空总署(NASA)经过几年的「闭关」研究,终于要发表关于 EmDrive 的论文了。据悉论文已经通过同行审议阶段,一家主流学术期刊接受了论文发表的申请,不久我们将亲见 NASA 数年神祕研究的成果。

EmDrive 在科学界是个异数,是个「违反经典物理学」的存在,很容易被认为是引人嗤之一笑的民间科学。

然而,十多年了,EmDrive 并没有滑落到尘埃里,反而引起越来越多的关注。因为,权威如 NASA 这样的机构,都无法否认它产生的实验结果,而更令人费解的是,至今都没有人知道它的工作原理,就连它的发明人 Roger Shawyer 也无法解释清楚。

这让人不禁想起科幻小说家艾西莫夫《永恆的终结》里的场景:未来的人类透过时间旅行,将一个名为维科‧马兰松的人送来 21 世纪,製作出了超越当时科技水平的机器。书里有这幺一段描述马兰松:

而这与 EmDrive 的发明人Roger Shawyer 面临的境况何其相似。

EmDrive:没有燃料的引擎

EmDrive 的全称是 Electromagnetic Drive(电磁驱动),其核心零件是一个特殊形状的微波共振腔体,里面不断跳跃的微波给太空船提供推力,而太阳能可以提供电力来维持微波的运动。

Roger Shawyer 称其为「没有排气装置的火箭引擎」。这意味着,它是一个没有燃料的火箭引擎。

如果它能够变为现实,将会对整个航空科技业产生无与伦比的影响。因为现阶段的太空船需要携带大量的沉重燃料才能飞上外太空,燃料没了,太空船也不能再运行。

以 NASA 为火星之旅準备的 SLS 火箭为例,它需要将顶层的「猎户座」太空舱送到外太空,但是如下图所示,整个火箭的体积和质量最多的部分是红色和蓝色的液态燃料罐。

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EmDrive 不需要任何此类的燃料,它产生推力的核心部件就是一个真空的腔体,相比于传统燃料罐,轻的不可思议。

只需要太阳能,它就可以在外太空慢慢地累积速度,最后达到极快速度飞至外星球。据估算,如果将 EmDrive 做为载人飞船的发动机,那幺前往月球只要 4 小时、到火星只要 10 周、到半人马座只要 100 年(现阶段技术需要数万年)。

但是, EmDrive 饱受质疑,因为它似乎违反了牛顿第三定律。

EmDrive 违反了经典物理学定律?

牛顿第三定律是这样的:

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火箭要升空,就要产生推进力,那幺产生推进力的方法是火箭内部液态燃料燃烧,喷出的气体对火箭产生向上的反作用力的推力,这个推力让火箭升空。

但是 EmDrive 的外界没有任何的作用力,可是它却凭空产生了前进的推进力。

Roger Shawyer 在接受採访时也被问到这个「永恆的」问题,他明确表示 EmDrive 并没有违反牛顿力学定律,但是用于解释的理由却很模糊。他说:

他表示,EmDrive 建立在马克士威、牛顿和爱因斯坦等人的理论之上,并没有其他的独特理论。

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 接受採访的 Roger Shawyer。

虽然 Roger Shawyer 于 2001 年在英国成立了 Satellite Propulsion Research 公司,致力于 EmDrive 的研究,但并没有找到该公司网站,只找到了一个很简陋的提供 EmDrive 相关资讯的网页。

NASA 石破天惊的实验结果

Shawyer 在 2003 年进行了实验,并称实验结果显示产生了微小的 16 毫牛的推进力,相当于 2 颗花生的重量。然而,他并没有发表经过同行审议的学术论文(或者说,没机会发表)。

2006 年,一个名叫 Guido Fetta 的美国工程师仿照 EmDrive 製作出来一台原型机,名为「Cannae Drive」,他同样没有发表论文。

2006 年 9 月 8 日,英国老牌科学杂誌 New Scientist 选择以 EmDrive 为封面,发表的相关文章认为这个装置似乎是可信的。随后,科幻作家 Greg Egan 发表公开信,表示这篇文章「一味追求轰动效应,作者缺乏基本的科学知识」。Greg Egan 的文章被美国数学物理学家 John C. Baez 转发在自己的部落格上。New Scientist 迅速发表澄清声明,并附上专家们对 EmDrive 持否定意见的公开信。

人们普遍认为 EmDrive 就跟永动机一样,缺乏科学原理的支撑,不可能实现。

到这时,或许我们还可以笑称 EmDrive 为民间科学,直到中国的一组科学家开始将 EmDrive 拉进正规的学术圈。

从 2010 年开始,中国西北大学的杨涓教授就开始发表关于 EmDrive 的论文。在 2013 年,她带领一组队伍,製作出了 EmDrive 原型机,并发表论文(中文)公布测试结果:2.5 千瓦的电量产生了 720毫牛(约 72 克)的推进力。有人将杨涓的论文翻译成了英文,在媒体和学术圈流传开来。

2013 年 8 月,NASA 有一个专注于推进器装置的研究团队,叫做「Eagleworks」,他们在德州的林顿·詹森太空中心(Lyndon B. Johnson Space Center)对两 台Cannae Drive 进行了为期 8 天的实验,并于 2014 年 6 月 4 日将实验结果以论文的形式在美国航天航空学会(AIAA)第 50 届联合推进大会上发表。实验数据显示,在 28 瓦的电力的刺激下,产生了 30 至 50 微牛(1 毫牛 = 1,000 微牛)的推力。

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这一试验结果堪称石破天惊,本来大家是等着 NASA「闢谣」的,没想到竟是这样的结果,大大超乎人们的意料。这一下,EmDrive 红了,各大主流媒体争相报导,几周到达火星这样的标题霸佔了当天的科技新闻头条。

而 Shawyer 本人也开始有机会在 2014 年 10 月的多伦多航太会议上发表演讲并发表论文。

接着,NASA 在 2014 年夏天和 2015 年初,对 Shawyer 的 EmDrive 原型机进行实验,在 50 瓦的电力下测出了 50 微牛的推进力。2015 年 7 月,德国的德勒斯登工业大学 Martin Tajmar 教授在 AIAA 的推进和能源论坛展示了自己对 EmDrive 更加精密的实验结果,也证明其确实能产生推进力。

到这个时候,有 NASA 和德勒斯登工业大学两大权威机构的实验数据,人们已经无法以民间科学来看待 EmDrive 了,儘管到现在为止,没人能给出其背后原理的合理解释。

同时,EmDrive「逆袭」的故事性和令人惊叹的潜在用途,激发了普通民众的兴趣,而且製作 EmDrive 并不需要很複杂的装置,在 YouTube 上,有很多科学爱好者上传了自己製作的小型 EmDrive 的实验影片。

背后可能的原理:没人知道,只能猜测

首先,Shawyer 自己并没有给出令人信服的原理解释。而 NASA 的 2014 年论文里也明确表示,并不对这个机器的原理做任何阐述,只单纯提供实验数据。

坊间盛传 EmDrive 很可能是《星际争霸战》等科幻作品里的「曲速引擎」(Warp Drive),其原理是超光速旅行,透过改变引擎前后的时空来产生推进力。这当然是科幻电影粉丝最乐见的假设,但已经被多个研究人员否定,其中包括 Shawyer 本人,他在接受採访时明确表示「绝对不是 Warp Drive」 。

10 週就能把人送上火星的 EmDrive 引擎,是伪科学还是世纪大发现?

比较主流的可靠猜想是,EmDrive 实际上受到的推进力来自量子真空的虚粒子,虚粒子短暂地存在这个世界,不断产生又迅速消失,所以真空并不是真空。但这仅仅是猜想。

至于这次所传的 NASA 即将要发表的论文,消息源来自 Nasa Spaceflight 论坛的 José Rodal 博士爆料,他说到:

他还明确说出了论文题目《Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio Frequency Cavity in Vacuum.》,并暗示这家学术期刊很可能是 AIAA 旗下的。

而在今年 3 月,Eagleworks 实验室的工程师 Paul March 也在该论坛上证实 EmDrive 正在接受同行审议,但表示这个过程十分缓慢。

儘管 José Rodal 博士已经明确表示他的消息并非来自 NASA 僱员,但是还是有大量的主流国外媒体报导了这一消息,人们乐于见到关于神秘的 EmDrive 的原理解释,因为它确实太过奇幻了。

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