NASA证实无燃料EmDrive引擎可行：结果引争议

猴哥

据国外媒体报道，一项新研究指出，看似违背物理定律的EmDrive推进系统确实是可行的。

▲研究人员正在努力降低太空航行的成本、提高飞行速度，增强我们的太空探索能力。

▲人们一度以为这款无燃料引擎不可能实现，但它如今离现实又近了一步。图为EmDrive引擎的一款原型机。据悉，EmDrive引擎只需十周就能将人类送上火星。

▲该系统可以产生每千瓦1.2毫牛顿的推力，比霍尔离子推进器的功率小得多，后者的推力高达每千瓦60毫牛顿。
近日一篇外泄的论文显示，科学家正在研发EmDrive引擎原型机，引发了大量争议。如今该论文终于通过了同行评审，正式发表在了美国航空航天协会的《推进与动力期刊》上。论文中介绍了NASA雄鹰工作实验室（Eagleworks Laboratories）开展的一系列成功测试。
EmDrive引擎最初由英国研究人员罗杰·肖耶尔（Roger Shawyer）于十几年前发明。该引擎的原理是，让光子微波在密闭的锥体内部反弹，从而在锥体较细的一端产生推力，推动宇宙飞船向前飞行。但从牛顿的运动学第三定律来看，这是不可能实现的，因为任何运动都会产生大小相等的反作用力，而EmDrive引擎不会向外喷射任何废料。（可以联想一下火箭，它们就是通过高速喷出气体和其它物质获得前进的推力的。）
据悉，EmDrive引擎只需十周就能将人类送上火星，但专家此前一直认为该想法不可能成真，因为它违反了基本物理定律。但这支由NASA约翰逊航空中心的哈罗德·怀特（Harold“Sonny”White）带领的研究团队的确检测到了微弱的推力。在这项最新研究中，研究人员对该设备在真空中的表现进行了测试，结果发现“前进时、后退时和静止时的推力数据显示，该系统可以产生每千瓦1.2毫牛顿（正负波动0.1）的推力，十分接近该系统在空气中运行的平均性能”。怀特与同事们在论文中指出，这一推力高达太阳帆的100多倍。
与太阳帆类似，EmDrive引擎不需要任何推进剂，采用该推进系统的宇宙飞船可通过太阳能帆板产生所需的微波。因此，EmDrive引擎可以大大降低太空旅行的成本，提高飞行速度，帮助我们更好地探索宇宙。
研究人员指出，量子力学中的非局域隐变量理论（或导航波理论）可为这些结论提供理论支持。一些专家认为，该研究结果“也许确实能说明一些问题”，但出现该结果的原因可能并不像论文中提出的那样、可以用量子真空理论来解释，而是与一种名叫“马赫效应”的现象有关。
“这个问题关系到此次实验的观测结果究竟是真是假。”加州州立大学富尔顿分校的物理学家吉姆·伍德瓦德（Jim Woodward）表示，“我知道保罗·马奇（Paul March，该项目的主要研究人员之一）做了严谨细致的工作，说实话，我觉得他们的实验结果或许真能说明一些问题。”
“但他们的观测结果无法用他们提出的理论来解释。那么，背后的原因究竟是什么呢？”此前研究人员提出了两种可能的解释。一种是量子真空理论，即微波在空腔中会将虚粒子推开，从而产生推力；另一种解释则是，微波辐射会作用于引擎内壁，从而产生推力。但伍德瓦德认为，这两种解释都是错误的，因为它们均违背了物理定律。“微波能在空腔中产生推力吗？答案很简单：不能。”伍德瓦德指出。“根据动量守恒定律，任何密闭的纯电磁系统都无法产生推力。量子理论和经典电动力学都遵循这一定律，因此从物理理论来看，这是不可能实现的。”
伍德瓦德认为，我们可以用马赫效应来解释EmDrive引擎，这样就不会违反任何物理定律了。伍德瓦德于上世纪90年代率先阐释了马赫效应，即在加速物体所受的力中，有一部分力不会产生动能，而是会转化为势能储存在物体中。这会使物体的静止质量出现波动，从而产生科学家在实验中观察到的推力。
但要验证这一理论，科学家还需要用马赫效应理论重复NASA的研究结果。此外，怀特和他带领的研究团队还指出，此次研究仅仅是对EmDrive引擎概念的验证，他们还需要开展进一步测试，排除实验误差的可能性。例如，EmDrive引擎内部的空气可能在实验中受热膨胀，引发了部分观测结果。
而除了此次研究之外，EmDrive引擎技术的研发还取得了一系列成功。中国科研人员在2012年就已经对自己的版本开展了测试，怀特和同事们在2013年也取得了乐观的实验结果。怀特指出，如果我们能设法利用亚原子粒子的能量，或许真能使这个异想天开的引擎变成现实。（至于EmDrive引擎内部究竟发生了什么，最初的发明者肖耶尔也有自己的想法，并且他并不认为这违反了牛顿第三定律。）