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專家稱EmDrive引擎研究結(jié)果或為實驗誤差所致

2016-12-09
關(guān)鍵詞: NASA EmDrive 引擎 物理定律

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EmDrive引擎無需燃料,一度被視為“不可能實現(xiàn)”的設(shè)想,但如今就快成為現(xiàn)實了。圖為EmDrive引擎的一臺原型機。該引擎據(jù)說只需10周便可使飛船抵達火星。

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該系統(tǒng)可以產(chǎn)生每千瓦1.2毫牛頓的推力,比霍爾離子推進器的功率小得多,后者的推力高達每千瓦60毫牛頓。

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該引擎也被稱為“曲率引擎”,因為它很接近電影《星際迷航》中的飛船推進系統(tǒng)。

北京時間12月9日消息,據(jù)國外媒體報道,近日由NASA研究人員發(fā)表的一篇論文驚動了整個科學界,引發(fā)了很大爭議,因為論文作者稱,他們已經(jīng)打造了一臺能順利運行的EmDrive引擎原型機。

  EmDrive引擎無需燃料,據(jù)說只需10周便能將人類送到火星上。然而,這一概念違背了基本物理法則。許多人認為這一結(jié)果是由實驗誤差導致的。推進系統(tǒng)專家、康涅狄格大學的工程學教授布萊斯·卡桑迪(Brice Cassenti)便是其中之一,他表示,該結(jié)果或許可以用一個“非常普通的原因”來解釋。

  不過卡桑迪也承認,該結(jié)果也“有那么一點可能”值得進一步調(diào)查,而且可能性“并非為零”。牛頓第三運動定律指出,任何運動都會產(chǎn)生大小相等的作用力和反作用力。而EmDrive引擎不會向后噴出燃料,所以違反了這一定律??ㄉ5媳硎荆@樣一種引擎“違背了我們所知的大部分物理基礎(chǔ)法則”。

  這篇論文已經(jīng)發(fā)表在了美國航空航天協(xié)會的《推進與動力期刊》上。論文中介紹了NASA雄鷹工作實驗室(Eagleworks Laboratories)開展的一系列成功測試。這意味著,其他科學家已經(jīng)對該研究的可信度進行了評審——但這并不說明研究結(jié)果是有效的。此外,無論是從實驗角度還是理論角度,研究結(jié)果目前都尚未得到“經(jīng)過了驗證的物理學解釋”??ㄉ5险J為,該結(jié)果可能是由實驗誤差引發(fā)的。

  “我個人認為,該結(jié)果或許可以用一個‘非常普通的原因’來解釋?!笨ㄉ5媳硎尽@?,電流會導致引擎部件受熱膨脹,產(chǎn)生的效果就像產(chǎn)生了作用力一樣。雖然該論文的作者們盡力去消除這些熱效應(yīng)和其它可能引起實驗誤差的效應(yīng),但這些影響很難被徹底清除掉?!?/p>

  卡桑迪指出,很難確定所有可能引發(fā)實驗誤差的因素都已經(jīng)被排除掉了。只有對該假說進行獨立測試,才能證明其有效性。而如果此次研究結(jié)果的確有效,將為“物理學打開新的大門”。雖然在有些情況下,牛頓的運動定律不適用于高速運動、強引力場和較小的分子,但研究人員指出,“牛頓在大多數(shù)情況下仍是對的?!?/p>

  “在我的職業(yè)生涯中,我目睹過好幾次這樣激動人心的研究或理論成果,并且都通過了同行評審。”卡桑迪說道,“但到目前為止,只有黑洞理論仍屹立不倒。因此,從我的經(jīng)歷來看,這一次研究結(jié)果能通過進一步分析和測試的可能性微乎其微。不過,也不是一點可能性也沒有?!?/p>

  該引擎的原理是,讓光子微波在密閉的錐體內(nèi)部反彈,從而在錐體較細的一端產(chǎn)生推力,推動宇宙飛船向前飛行。在這項最新研究中,研究人員對該設(shè)備在真空中的表現(xiàn)進行了測試,結(jié)果發(fā)現(xiàn)“前進時、后退時和靜止時的推力數(shù)據(jù)顯示,該系統(tǒng)可以產(chǎn)生每千瓦1.2毫牛頓(正負波動0.1)的推力,十分接近該系統(tǒng)在空氣中運行的平均性能”

  一些專家認為,該研究結(jié)果“也許確實能說明一些問題”,但出現(xiàn)該結(jié)果的原因可能并不像論文中提出的那樣、可以用量子真空理論來解釋,而是與一種名叫“馬赫效應(yīng)”的現(xiàn)象有關(guān)。

  “這個問題關(guān)系到此次實驗的觀測結(jié)果究竟是真是假。”加州州立大學富爾頓分校的物理學家吉姆·伍德瓦德(Jim Woodward)表示,“我知道保羅·馬奇(Paul March,該項目的主要研究人員之一)做了嚴謹細致的工作,說實話,我覺得他們的實驗結(jié)果或許真能說明一些問題?!?/p>

  “但他們的觀測結(jié)果無法用他們提出的理論來解釋。那么,背后的原因究竟是什么呢?”此前研究人員提出了兩種可能的解釋。一種是量子真空理論,即微波在空腔中會將虛粒子推開,從而產(chǎn)生推力;另一種解釋則是,微波輻射會作用于引擎內(nèi)壁,從而產(chǎn)生推力。

  但伍德瓦德認為,這兩種解釋都是錯誤的,因為它們均違背了物理定律?! 拔⒉茉诳涨恢挟a(chǎn)生推力嗎?答案很簡單:不能?!蔽榈峦叩轮赋?。根據(jù)動量守恒定律,任何密閉的純電磁系統(tǒng)都無法產(chǎn)生推力。量子理論和經(jīng)典電動力學都遵循這一定律,因此從物理理論來看,這是不可能實現(xiàn)的。

  伍德瓦德認為,我們可以用馬赫效應(yīng)來解釋EmDrive引擎,這樣就不會違反任何物理定律了。伍德瓦德于上世紀90年代率先闡釋了馬赫效應(yīng),即在加速物體所受的力中,有一部分力不會產(chǎn)生動能,而是會轉(zhuǎn)化為勢能儲存在物體中。這會使物體的靜止質(zhì)量出現(xiàn)波動,從而產(chǎn)生科學家在實驗中觀察到的推力。

  但要驗證這一理論,科學家還需要用馬赫效應(yīng)理論重復NASA的研究結(jié)果。此外,懷特和他帶領(lǐng)的研究團隊還指出,此次研究僅僅是對EmDrive引擎概念的驗證,他們還需要開展進一步測試,排除實驗誤差的可能性。例如,EmDrive引擎內(nèi)部的空氣可能在實驗中受熱膨脹,引發(fā)了部分觀測結(jié)果。

  而除了此次研究之外,EmDrive引擎技術(shù)的研發(fā)還取得了一系列成功。中國科研人員在2012年就已經(jīng)對自己的版本開展了測試,懷特和同事們在2013年也取得了樂觀的實驗結(jié)果。

  懷特指出,如果我們能設(shè)法利用亞原子粒子的能量,或許真能使這個異想天開的引擎變成現(xiàn)實。(至于EmDrive引擎內(nèi)部究竟發(fā)生了什么,最初的發(fā)明者肖耶爾也有自己的想法,并且他并不認為這違反了牛頓第三定律。)

  這篇備受爭議的論文先是由澳大利亞的論壇用戶菲爾·威爾遜(Phil Wilson)泄露到了NASA太空飛行論壇上,隨后便被論壇管理人員刪除。后來,該論文被發(fā)表在了美國 NextBigFuture網(wǎng)站上。論文中介紹了該系統(tǒng)在模擬太空環(huán)境的真空中的測試過程。

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