“不可能”的無燃料引擎：10星期就能帶人類去火星

提出多年的“相對(duì)性推進(jìn)器”(EmDrive)被稱為“不可能的引擎”，而有些人認(rèn)為它在10星期之內(nèi)就能將人類送到火星，但幾乎沒有人能清楚解釋它到底是怎么工作的。現(xiàn)在，這種只利用太陽能、借助密閉腔室內(nèi)微波的反彈提供推力的引擎已經(jīng)進(jìn)行了升級(jí)。該引擎的發(fā)明者、英國科學(xué)家羅杰·索耶(Roger Shawyer)已經(jīng)起草了一份新的專利報(bào)告，介紹了新版本的EmDrive引擎，包括一塊能使推力大大增強(qiáng)的超導(dǎo)板。

一個(gè)EmDrive引擎原型機(jī)。有些人認(rèn)為該引擎可以讓飛行器在10周內(nèi)就能到達(dá)火星，但更多人認(rèn)為該系統(tǒng)違反了物理學(xué)定律。

EmDrive引擎技術(shù)被戲稱為“曲速引擎”——源自《星際迷航》系列的神奇引擎。

該引擎的發(fā)明者、英國科學(xué)家羅杰·索耶(Roger Shawyer)已經(jīng)起草了一份新的專利報(bào)告，介紹了新版本的EmDrive引擎，包括一塊能使推力大大增強(qiáng)的超導(dǎo)板。

在新的設(shè)計(jì)中，這塊平整的超導(dǎo)板位于引擎的一端，另一端是一塊形狀獨(dú)特的非超導(dǎo)板。超導(dǎo)板將最大限度減小多普勒頻移，使引擎的動(dòng)力更加強(qiáng)大。平坦的設(shè)計(jì)也可以降低超導(dǎo)板的制造成本。

在許多人士看來，EmDrive的概念過于夸大其詞，而且設(shè)計(jì)上也與物理學(xué)定律相悖。不過，就在今年8月，美國航空航天局(NASA)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室宣稱，他們已經(jīng)對(duì)EmDrive的概念進(jìn)行了研究，并準(zhǔn)備在12月發(fā)表有關(guān)的研究結(jié)果。

EmDrive引擎的概念是羅杰·索耶于2000年提出的。在此之后，已有4家獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室(包括NASA的這家實(shí)驗(yàn)室)做出了引擎的原型機(jī)。不過，這種神奇的引擎還是令許多科學(xué)家感到困惑，因?yàn)樗雌饋盹@然違反了動(dòng)量守恒定律。比如，火箭在加速上升時(shí)必須在反方向上存在一個(gè)相等的作用力——來自火箭內(nèi)部燃料的燃燒所噴出的氣體。

根據(jù)目前的信息，NASA的“鷹工廠”(Eagleworks)團(tuán)隊(duì)即將發(fā)表的研究結(jié)果將給物理學(xué)界帶來極大的震撼。Nasa Spaceflight論壇的一位用戶說：“我的理解是‘鷹工廠’的新論文現(xiàn)在已經(jīng)被一個(gè)同行評(píng)議的期刊接收了，它將在這個(gè)期刊上發(fā)表。”今年早些時(shí)候，“鷹工廠”團(tuán)隊(duì)的一位成員證實(shí)，他們正在努力完成這項(xiàng)研究，有關(guān)EmDrive的論文正在接受同行評(píng)議，但這一過程會(huì)十分緩慢。

NASA的“鷹工廠”實(shí)驗(yàn)室致力于研究各種超前的推進(jìn)方法

研究者指出，光子的互相干涉會(huì)使整體效應(yīng)看起來像空無一物。這種情況就像兩股水波運(yùn)動(dòng)到一起，在某個(gè)時(shí)間，一個(gè)水波的波峰剛好與另一個(gè)水波的波谷重疊，于是便相互抵消了。

EmDrive引擎的概念其實(shí)很簡單，就是通過微波在一個(gè)密閉容器里的反彈來為太空飛行器提供推力。

在今年早些時(shí)候發(fā)表于《美國物理聯(lián)合會(huì)進(jìn)展》(AIP Advances)的一篇文章中，研究者指出EmDrive與其他火箭一樣也會(huì)產(chǎn)生排放物。“EmDrive的工作原理和其他任何火箭是一樣的，”論文第一作者、芬蘭赫爾辛基大學(xué)的物理學(xué)教授阿爾托·安尼拉(Arto Annila)說，“它的燃料就是以微波波長輸入的光子。”

研究者指出，光子的互相干涉會(huì)使整體效應(yīng)看起來像空無一物。“在引擎腔室內(nèi)，輸入的光子會(huì)來回反彈，其中一些光子會(huì)不可避免地受到完全干涉，而互相干涉的兩個(gè)光子將發(fā)生180度的狀態(tài)改變，”阿爾托·安尼拉說，“在完全干涉的情況下，兩個(gè)光子的電磁場(chǎng)會(huì)消失，而它們自身還會(huì)繼續(xù)移動(dòng)。”

這種情況就像兩股水波運(yùn)動(dòng)到一起，在某個(gè)時(shí)間，一個(gè)水波的波峰剛好與另一個(gè)水波的波谷重疊，于是便相互抵消了。水并不會(huì)消失，它還在那兒。同樣的道理，這對(duì)光子也依然存在并攜帶著動(dòng)量，只是它們不能再被視為光波了。

“這對(duì)沒有凈電磁場(chǎng)的光子會(huì)從引擎室中逃逸出來，”安尼拉說，“這些成對(duì)光子的流出便是EmDrive的排放物。當(dāng)腔室形狀不對(duì)稱時(shí)，比如是逐漸變細(xì)的圓錐形，那成對(duì)光子的流出就會(huì)變得不均勻。因此，這些成對(duì)光子的動(dòng)量損失也是不均勻的。換句話說，推力并不為零。”

安尼拉等人的理論表明，EmDrive產(chǎn)生的反作用推力是存在的，但無法被看到。安尼拉稱，這些光子在理論上可以用干涉儀——探測(cè)引力波時(shí)采用的儀器——探測(cè)到。“我的直覺是探測(cè)到如此微小的額外能量密度將會(huì)非常困難，特別是在穩(wěn)定操作EmDrive的時(shí)候，”他說，“但我們關(guān)于引擎排放物的理論在設(shè)計(jì)引擎室時(shí)將會(huì)很有用處，可以讓成對(duì)的光子以更合適的方向流出，從而產(chǎn)生更多的推力。”