EmDrive引擎违反能量守恒生出的净推力,只是一场热效应误会

假想推进设备EmDrive概念自20年前问世以来便备受争议,创造者称该引擎可在没有推进剂的情况下产生推力,然而这违反能量守恒定律,继而引发各地主流科学机构投入实验。最近德国德勒斯登工业大学新测试结果表明,EmDrive引擎在没有推进剂的前提下确实也没有产生任何推力,似乎声明这种科幻狂热引擎来到终点。

英国航空太空工程师Roger Shawyer于2001年成立了Satellite Propulsion Research(SPR)公司,致力于开发相对性推进器(或称射频共振空腔推进器、EmDrive),并于2003年一场实验中,称该公司发明的EmDrive引擎在不使用推进剂的情况下,直接靠着专利微波技术将电能转换为16毫牛顿推力。

SPR对此解释,由于以光速传播的电磁波具有一定动量,当它们在密闭的锥形腔室内反射后,通过谐振器产生极小净推力,积少成多就能使无需燃料的EmDrive推进引擎成为可能。虽然现有EmDrive引擎的实验推力数值很小(中国团队实验输入2.5千瓦电量产生720毫牛顿推进力),但效率较目前比冲力都优于其他系统的离子推进系统还要高出数倍。

然而EmDrive引擎实际上违背了我们对现有物理定律的理解:没有能量进出,波如何初始化、如何继续移动、以及它们的动量从何而来?如果EmDrive背后物理机制为真,那么天文学家基于现有物理学框架所描绘的宇宙将受到大幅冲击,比如大爆炸、拍摄黑洞照片的方法等。

2016年11月,NASA鹰工厂实验室(NASA Eagelworks)建造并测试了EmDrive原型,发布在接近真空环境下测试EmDrive的结果,大家原本期待NASA团队“打脸”这项不科学的设施,没想到实验结论竟然是EmDrive消耗每千瓦功率能产生1.2毫牛顿推进力,虽然很小,但确实可以测量到,这份报告立刻让极具争议性的EmDrive大红大紫——怎么会有一种推进器违反牛顿第三运动定律(作用力与反作用力),不需任何燃料也能产生加速前进的动力?

当然还是有许多科学家对这些实验结果抱持怀疑态度。2018年时,德国物理学家Martin Tajmar、Oliver Neunzig、Marcel Weikert团队测试反驳指出,EmDrive的推力似乎并非来自EmDrive本身,而可能是原型电线与地球磁场相互作用所产生的电磁干扰。

最近,同团队复制了NASA Eagelworks实验室的EmDrive引擎配置并再进行一次测试,且采用了更精准的测量技术,而实验结果证明EmDrive引擎零推力产生,但当调整谐振器的悬挂点时,就能得到与NASA实验数据一样的推力。研究人员对此解释,这说明Eagelworks当初得到的推力实际上只是一种热效应。

这下不只推翻SPR公司,连NASA的脸也一并打了。

该研究结果足以让EmDrive引擎变成“不可能的任务”,对EmDrive引擎狂热粉丝来说可谓沉重打击,毕竟EmDrive引擎若不是幻想,它将会改变世界规则。但至少EmDrive引擎大幅推动了科学界的测量技术发展,简单说,现在科学家有了更好、更快的技术可以告诉你,什么样的科幻引擎终究只是幻想。

该团队的论文可上ResearchGate网站阅览。

(首图来源:EmDrive)

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