专家称EmDrive引擎研究结果或为实验误差所致

2016年12月09日 08:05 新浪科技 微博
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EmDrive引擎无需燃料,一度被视为“不可能实现”的设想,但如今就快成为现实了。图为EmDrive引擎的一台原型机。该引擎据说只需10周便可使飞船抵达火星。  EmDrive引擎无需燃料,一度被视为“不可能实现”的设想,但如今就快成为现实了。图为EmDrive引擎的一台原型机。该引擎据说只需10周便可使飞船抵达火星。
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。  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。
该引擎也被称为“曲率引擎”,因为它很接近电影《星际迷航》中的飞船推进系统。该引擎也被称为“曲率引擎”,因为它很接近电影《星际迷航》中的飞船推进系统。

  新浪科技讯 北京时间12月9日消息,据国外媒体报道,近日由NASA研究人员发表的一篇论文惊动了整个科学界,引发了很大争议,因为论文作者称,他们已经打造了一台能顺利运行的EmDrive引擎原型机。

  EmDrive引擎无需燃料,据说只需10周便能将人类送到火星上。然而,这一概念违背了基本物理法则。许多人认为这一结果是由实验误差导致的。推进系统专家、康涅狄格大学的工程学教授布莱斯·卡桑迪(Brice Cassenti)便是其中之一,他表示,该结果或许可以用一个“非常普通的原因”来解释。

  不过卡桑迪也承认,该结果也“有那么一点可能”值得进一步调查,而且可能性“并非为零”。牛顿第三运动定律指出,任何运动都会产生大小相等的作用力和反作用力。而EmDrive引擎不会向后喷出燃料,所以违反了这一定律。卡桑迪表示,这样一种引擎“违背了我们所知的大部分物理基础法则”。

  这篇论文已经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。这意味着,其他科学家已经对该研究的可信度进行了评审——但这并不说明研究结果是有效的。此外,无论是从实验角度还是理论角度,研究结果目前都尚未得到“经过了验证的物理学解释”。卡桑迪认为,该结果可能是由实验误差引发的。

  “我个人认为,该结果或许可以用一个‘非常普通的原因’来解释。”卡桑迪表示。例如,电流会导致引擎部件受热膨胀,产生的效果就像产生了作用力一样。虽然该论文的作者们尽力去消除这些热效应和其它可能引起实验误差的效应,但这些影响很难被彻底清除掉。”

  卡桑迪指出,很难确定所有可能引发实验误差的因素都已经被排除掉了。只有对该假说进行独立测试,才能证明其有效性。而如果此次研究结果的确有效,将为“物理学打开新的大门”。虽然在有些情况下,牛顿的运动定律不适用于高速运动、强引力场和较小的分子,但研究人员指出,“牛顿在大多数情况下仍是对的。”

  “在我的职业生涯中,我目睹过好几次这样激动人心的研究或理论成果,并且都通过了同行评审。”卡桑迪说道,“但到目前为止,只有黑洞理论仍屹立不倒。因此,从我的经历来看,这一次研究结果能通过进一步分析和测试的可能性微乎其微。不过,也不是一点可能性也没有。”

  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。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”

  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。)

  这篇备受争议的论文先是由澳大利亚的论坛用户菲尔·威尔逊(Phil Wilson)泄露到了NASA太空飞行论坛上,随后便被论坛管理人员删除。后来,该论文被发表在了美国 NextBigFuture网站上。论文中介绍了该系统在模拟太空环境的真空中的测试过程。

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