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[科教] NASA证实无燃料引擎可行:违背物理定律引争议

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发表于 11-23-2016 09:03 AM | 显示全部楼层 |阅读模式

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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。

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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。

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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。


北京时间11月23日消息,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。

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。)

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新米人

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发表于 11-23-2016 11:45 AM | 显示全部楼层
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