EmDrive引擎無需燃料，一度被視為“不可能實(shí)現(xiàn)”的設(shè)想，但如今就快成為現(xiàn)實(shí)了。圖為EmDrive引擎的一臺(tái)原型機(jī)。該引擎據(jù)說只需10周便可使飛船抵達(dá)火星。
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(jìn)器的功率小得多，后者的推力高達(dá)每千瓦60毫牛頓。
該引擎也被稱為“曲率引擎”，因?yàn)樗芙咏娪啊缎请H迷航》中的飛船推進(jìn)系統(tǒng)。
北京時(shí)間12月9日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，近日由NASA研究人員發(fā)表的一篇論文驚動(dòng)了整個(gè)科學(xué)界，引發(fā)了很大爭(zhēng)議，因?yàn)檎撐淖髡叻Q，他們已經(jīng)打造了一臺(tái)能順利運(yùn)行的EmDrive引擎原型機(jī)。
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(rèn)為這一結(jié)果是由實(shí)驗(yàn)誤差導(dǎo)致的。推進(jìn)系統(tǒng)專家、康涅狄格大學(xué)的工程學(xué)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(gè)“非常普通的原因”來解釋。
不過卡桑迪也承認(rèn)，該結(jié)果也“有那么一點(diǎn)可能”值得進(jìn)一步調(diào)查，而且可能性“并非為零”。牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律指出，任何運(yùn)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生大小相等的作用力和反作用力。而EmDrive引擎不會(huì)向后噴出燃料，所以違反了這一定律。卡桑迪表示，這樣一種引擎“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(guó)航空航天協(xié)會(huì)的《推進(jìn)與動(dòng)力期刊》上。論文中介紹了NASA雄鷹工作實(shí)驗(yàn)室（Eagleworks Laboratories）開展的一系列成功測(cè)試。這意味著，其他科學(xué)家已經(jīng)對(duì)該研究的可信度進(jìn)行了評(píng)審——但這并不說明研究結(jié)果是有效的。此外，無論是從實(shí)驗(yàn)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(yàn)證的物理學(xué)解釋”。卡桑迪認(rèn)為，該結(jié)果可能是由實(shí)驗(yàn)誤差引發(fā)的。
“我個(gè)人認(rèn)為，該結(jié)果或許可以用一個(gè)‘非常普通的原因’來解釋。”卡桑迪表示。例如，電流會(huì)導(dǎo)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(shí)驗(yàn)誤差的效應(yīng)，但這些影響很難被徹底清除掉。”
卡桑迪指出，很難確定所有可能引發(fā)實(shí)驗(yàn)誤差的因素都已經(jīng)被排除掉了。只有對(duì)該假說進(jìn)行獨(dú)立測(cè)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(xué)打開新的大門”。雖然在有些情況下，牛頓的運(yùn)動(dòng)定律不適用于高速運(yùn)動(dòng)、強(qiáng)引力場(chǎng)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(duì)的。”
“在我的職業(yè)生涯中，我目睹過好幾次這樣激動(dòng)人心的研究或理論成果，并且都通過了同行評(píng)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(jìn)一步分析和測(cè)試的可能性微乎其微。不過，也不是一點(diǎn)可能性也沒有。”
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(xì)的一端產(chǎn)生推力，推動(dòng)宇宙飛船向前飛行。在這項(xiàng)最新研究中，研究人員對(duì)該設(shè)備在真空中的表現(xiàn)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)“前進(jìn)時(shí)、后退時(shí)和靜止時(shí)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(fù)波動(dòng)0.1）的推力，十分接近該系統(tǒng)在空氣中運(yùn)行的平均性能”
一些專家認(rèn)為，該研究結(jié)果“也許確實(shí)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(gè)問題關(guān)系到此次實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)結(jié)果究竟是真是假。”加州州立大學(xué)富爾頓分校的物理學(xué)家吉姆·伍德瓦德（Jim Woodward）表示，“我知道保羅·馬奇（Paul March，該項(xiàng)目的主要研究人員之一）做了嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作，說實(shí)話，我覺得他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果或許真能說明一些問題。”
“但他們的觀測(cè)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(huì)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(huì)作用于引擎內(nèi)壁，從而產(chǎn)生推力。
但伍德瓦德認(rèn)為，這兩種解釋都是錯(cuò)誤的，因?yàn)樗鼈兙`背了物理定律。 “微波能在空腔中產(chǎn)生推力嗎？答案很簡(jiǎn)單：不能。”伍德瓦德指出。根據(jù)動(dòng)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(dòng)力學(xué)都遵循這一定律，因此從物理理論來看，這是不可能實(shí)現(xiàn)的。
伍德瓦德認(rèn)為，我們可以用馬赫效應(yīng)來解釋EmDrive引擎，這樣就不會(huì)違反任何物理定律了。伍德瓦德于上世紀(jì)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(huì)產(chǎn)生動(dòng)能，而是會(huì)轉(zhuǎn)化為勢(shì)能儲(chǔ)存在物體中。這會(huì)使物體的靜止質(zhì)量出現(xiàn)波動(dòng)，從而產(chǎn)生科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)中觀察到的推力。
但要驗(yàn)證這一理論，科學(xué)家還需要用馬赫效應(yīng)理論重復(fù)NASA的研究結(jié)果。此外，懷特和他帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)還指出，此次研究?jī)H僅是對(duì)EmDrive引擎概念的驗(yàn)證，他們還需要開展進(jìn)一步測(cè)試，排除實(shí)驗(yàn)誤差的可能性。例如，EmDrive引擎內(nèi)部的空氣可能在實(shí)驗(yàn)中受熱膨脹，引發(fā)了部分觀測(cè)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(guó)科研人員在2012年就已經(jīng)對(duì)自己的版本開展了測(cè)試，懷特和同事們?cè)?013年也取得了樂觀的實(shí)驗(yàn)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(gè)異想天開的引擎變成現(xiàn)實(shí)。（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(rèn)為這違反了牛頓第三定律。）
這篇備受爭(zhēng)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(guó) 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(cè)試過程。