Credit:Elvis Popovic 來自中國的研究者們稱，他們已經成功地完成了一臺靠電力發動的引擎的測試。這臺引擎據說并不需要任何一種推進燃料，也沒有任何排放物。該引擎名為“EmDrive”（英文維基百科/EmDrive 官網），它能夠直接將微波能轉換并推進到內部的一個密封室內。哦，并且它完全沒有噪音（據說是一點聲音都沒有），效率極高。所有的這些看起來都好得不真實，不過研究者們卻聲稱他們已經有了一臺原型機，而原型機工作正常，并且，他們剛剛才發布了一篇論文詳細敘述它的工作。 在說到 EmDrive 的具體工作原理之前，先來補充一些背景信息。引擎就是將能量轉化為運動的機器。引擎的種類有很多，能量轉化的方式也有很多。但是我們拿一個簡單的例子來說明吧：一個火箭引擎里，有一根巨大的管道，里面塞滿了一些有爆炸性的物質（推進燃料）。當火箭被發射時，這些燃料就開始燃燒和被消耗。燃燒時，能量很自然是會向四面八方擴展開的，但是由于燃料被困在了一個管狀結構中，它的出口就只有一個。管狀結構材質是均勻的，所以除了兩端以外，推進燃料所產生的能量在結構內也是均勻的。這樣，當推進燃料從后端逃離時，火箭也被推得更遠了。 這個簡單的過程中有一個基本的原則，那就是引擎工作時總有某種反應在進行著。那些燃燒后你不需要的物質（排放物）是推進引擎和整個機器的關鍵之一。我這么說的原因是因為這是物理學的基本法則：牛頓第三運動定律。具體而簡單地講，就是說力總是成對存在的。同樣，另一個原因就是動量守恒定律。根據動量守恒定律，在一個密閉的系統內，動量總和是恒定的。 牛頓第三運動定律：當兩個物體互相作用時，彼此施加于對方的力，其大小相等、方向相反。力必會成雙結對地出現：其中一道力稱為“作用力”；而另一道力則稱為“反作用力”。上面兩個理論的意思就是：要想讓火箭向前運動，就必須要有物質朝與火箭反方向運動；同樣地，要想讓火箭向前運動，火箭后部就不能是密封的。 這也就是為什么這些中國科學家們聲稱已經通過測試的引擎聽起來很瘋狂的原因：根據物理學的基本原理，這樣的引擎在我們的宇宙中是不允許存在的。 這項技術的基本操作原理最早是由一個名叫 Roger Shawyer 的英國人在好幾十年前所提出的。由于概念超前，前幾年他的這些構思經常出現在媒體上。EmDrive 的實質其實只是一個微波共振空腔（microwave resonating cavity），而形狀則是一個密封的缺頂圓錐體。你啟動這個電動的微波產生器，隨即它就開始在椎體內發射微波，微波在這個密閉空間內被反復地反彈，我們所運用的則是這個過程中在密封室內所產生的輻射壓（radiation pressure）。 下面是 DVICE 的編雞從 New Scientist 上所找到的一張示意圖：
現在，如果我們仍然選擇相信那些枯燥的物理學定律，那么我們會說這個東西根本沒法移動，因為在密封室內彈來彈去的，由微波產生的能量最終會相互抵消，EmDrive 里根本就沒有“消耗”。 然而，如果我們選擇相信 Shawyer，那么 EmDrive 實際上可以產生一股比較小的推力讓引擎朝圓錐地面積較大的那一面的方向前進。Shawyer 說之所以會產生這種現象是因為，由于共振腔是一個缺頂圓錐體，在每一個橫截面的直徑都是不同的，所以微波的速率也會根據周長不斷變化。這個速率的變化實際上已經足夠在椎體“低端”施加一股較強的力，而在“頂端”施加一股較弱的力，這個力的差就形成了推力。Shawyer 本人還認為，這個引擎并沒有推翻或是違反了任何物理法則，你需要將參與其中的電磁波看作一個獨立的參考系——這與愛因斯坦相對論中的一個特殊理論相吻合——也可以說這個系統并非閉合的。 有很多人對這個引擎的原理都帶著質疑，也有很多有著物理學和數學背景的專業人士批評 Shawyer，說他是個瘋子。不過我們卻找到了一個2007年的測試視頻，據說在視頻中的測試支架上，一臺 EmDrive 原型機完全靠自己內部的力產生了運動： 優酷/YouTube [link] EmDrive 引擎被放置在一個類似于盒子的裝置中，這也是說它“瘋狂”的原因之一：它里面既沒有什么實在的東西產生反應，也不需要從外部吸收氧氣或是空氣，也就是說你把它嚴嚴實實地密封起來，它照樣工作得開開心心的，照樣能帶著機器向前跑。把它放在你的襪子抽屜里，它會試圖將你的整個柜子帶到空中。吞一個被啟動的 EmDrive 在肚子里，說不定你就飄起來了。將它封在一塊水泥里，只要你能為它提供足夠的電量，它甚至能讓這塊水泥飄浮在半空！ 這里我要重申一次，要說明這個引擎不可能成功的理由仍然有很多，而科學界的輿論也傾向于認為 Shawyer 的引擎是因為其它一些原因而運動的，這個微波相對論的理論說不通。波音公司的幻影工廠（又叫“鬼怪工廠”）曾經派人去看過 Shawyer 設計制作的原型機之一，之后就再也沒有任何動靜了——當這種事發生時，它通常意味著這個東西名不副實，沒有什么價值，甚至根本就不管用。試想，如果在當時就算這臺原型機只稍微動了一點點，像波音這樣的制造商會忽視這種低成本的瘋狂技術？ 不過就算我們不信，中國的研究者們對它嚴肅對待，顯然他們在這個項目上已經努力了好幾年。來自西安工業大學航天宇航推進技術工程專業的Yang Juan（？？暫時沒找到資料）前幾日發表了論文《無燃料微波推進器的凈推力測量》，在論文中，Yang 教授（...）在論文中說道他們所制作的 EmDrive 原型機之一能夠產生2,500瓦特的電。雖然這聽起來是個小數字，但是我們無疑還是得到了一種效率最高的空間飛行引擎。 總之，希望它是真的，但我仍然保守地選擇暫時站在物理學的一邊。[keep_beating via DVICE] 附：《參考消息》的轉載文章《微波引擎：尖端科技？癡人說夢？》 |
