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真有不用燃料的太空引擎?研究指出传说中的“电磁推进器”的确可以产生推力

来源: 神秘的地球
时间:2016年12月30日
   NASA实验室中的电磁推进器原型机。 PHOTOGRAPH COURTESY AIAA

NASA实验室中的电磁推进器原型机。 PHOTOGRAPH COURTESY AIAA

(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:Nadia Drake、Michael Greshko 编译:林品竹):根据研究报告指出,传说中的「电磁推进器」的确可以产生推力,即使这违反了既有的物理定律。

尽管多年来热议不断、在许多专家看来是「不可能的任务」,NASA詹森太空中心终究正式发表了电磁推进系统的可行性证据,而且还不需任何燃料。

这种电磁推进器让微波在密闭空间内不断反弹,将电力转换成推力。理论上而言,这种重量极轻的引擎能把地球到火星的旅程缩短至七十天。电磁推进器似乎违反了传统物理定律,即使研究团队宣称可行,科学家们仍无法确实得知其运转方式。在饱受质疑的情况下,过去一直被斥为是伪科学。

然而这份最新研究通过了一群独立科学家的审视。这会是太空之旅的革命性开端?抑或另一项对「不可能」的太空船引擎之错误幻想?

什么名堂?

近廿年前,英国科学家罗杰.夏威尔(Roger Shawyer)打造出电磁推进器的雏型,并于NASA的高阶推进物理实验室Eagleworks进行测试。

简单来说,就是在密闭的锥形空间中,利用电磁能(在此是指微波光子)的反弹来产生推力。当这些光子和密室内壁碰撞时,在没有任何能量溢出的情况下产生推力。相对来说,目前部分NASA太空船使用的驱动技术是靠着电离氙气,喷出离子束以产生推力。

假使电磁推进器可以通过进一步的检核,未来的飞行器将不需载运大量燃料便能在太空中遨游。欲在长途太空旅行中提升速度并降低成本,减轻重量是关键。

违反物理定律?

1687年,牛顿发表了三大运动定律,奠定了往后力学的基础。

问题是电磁推进器违反了牛顿第三定律:每个作用力都有一个等值反向的反作用力。举例来说,这个定律便能解释为何划独木舟时会前进,人施加在船桨上的力让水产生推力,将独木舟推向反方向;喷射机引擎靠着向后喷出热气以便让飞机往前飞。

电磁推进器并没有排出任何东西,没有一个反作用力可以解释这股推力,这完全不符合牛顿第三定律。

2014年Eagleworks实验室宣称,早期测试的确行得通。之后该团队又在更严格的条件下进行更多测试。其他团队也开发出各种不同型的电磁推进器进行测试。除了美国、欧洲和中国研究专家进行实验以外,尚有民间团体自行研发制造并测试。但目前仍无人能够笃定这种科技完全是可行的。

今昔差别?

在最新的这份报告中,团队成员解释了他们如何在一个几近真空、类似太空的环境下进行测试。他们将引擎置于一扭摆装置上并启动,根据移动的距离来测试推力。根据研究结果,团队预估每一千瓦的能量可使电磁推进器产生约0.1公克的推力。

这和传统推进器比起来并没有产生太大的推力,但考量到这是一个没有任何燃料的设备,它也并非完全微不足道。而且长远来看,与这项原理相关的光子推进技术产生的推力更微弱,每一千瓦能量仅能产生0.0003至0.0007公克的力。

在此之前,对电磁推进器最大的批评则是运转时会产生高温,科学家认为这会让周围空气的温度升高并产生推力。尽管在真空环境下的实验成功地把这些批评打了回票,然而仍有许多问题必须详加解释。

如何可能

Eagleworks团队认为微波会对「量子真空电浆」产生推力。然而加州理工学院的物理学家尚恩.卡罗(Sean Carroll)认为,没有任何证据足以证明「量子真空电浆」是真实存在的物质。他说,量子真空的确存在,但那并不会产生可以承受推力的电浆形态。

Eagleworks团队援引了「导航波理论」来解释为何量子真空可以产生推力,并注明「此非现今物理学的主流观点」。

普利茅斯大学物理学家麦克.麦考拉(Mike McCulloch)说,电磁推进器跟盎鲁辐射(加速运动会产生热)有关。麦考拉表示,电磁推进器的锥形空间可以造成盎鲁辐射产生不同波长,里头的光子必须在反弹后改变惯性,就会产生推力以动量守恒。

但罗彻斯特理工学院(Rochester Institute of Technology)的物理学家布莱恩.柯伯连(Brian Koberlein)认为,麦考拉的架构建立在盎鲁辐射存在的假设之上,盎鲁辐射却还没经过实验证实存在,而且他的理论也认为光的速度会在电磁推进器的装置内产生变化,这违反了爱因斯坦的特殊相对论。

另一种可能则是,这些加速产生的能量有可能被保存到物体本身,简单来说,引力交互作用和惯性质量暂态变动仍然是存在的因素。 1990年提出了马赫效应的物理学家吉姆.伍沃德(Jim Woodward)说,这能解释太空船如何在不违反动量守恒定律的情况下,在太空中移动。

还是空话?

当然,违反物理定律的新发现从来没少过(像是比光速还快的微中子之类),终究只不过是实验出错。

这份报告中,研究团队列出九种可能造成实验错误的因素,包括气流、电磁辐射外漏和电磁交互作用等因素还无法完全排除,且需要更多实验来证明。

或许下次应该在太空中做实验了。
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