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2016年11月17日，NASA 正在研究過程中備受矚目、爭議頗多的 EmDrive 論文終于在 AIAA (美國航空航天學會) 的學刊發(fā)表了，因為打破了牛頓定律而曾被認為是“不可能”的 EmDrive 推進系統(tǒng)，似乎也因此而增強了幾分信服力。

“不可能”的 EmDrive

EmDrive最早于2001年由英國航空工程師羅杰·肖爾 (Roger Shawyer) 設計，概括起來講就是一種無工質 (propellantless) 的推進系統(tǒng)，也就是引擎不需要使用燃料制造反應，不需要工作介質就可以產生凈推力。也就是說，不僅沒有高溫燃氣流的燒蝕、沖刷和傳熱問題，而且推進系統(tǒng)的重量更輕。而 EmDrive 最大的優(yōu)點之一是能夠產生非常高的運動速度，從理論上來講，可以在幾個月的時間里將人類運送到太陽系外的宇宙空間。

聽上去非常美好，不是嗎？但是EmDrive有一個被業(yè)界反復質疑的關鍵：違反了物理學里最基本的牛頓動量守恒定律，簡單來說即一個系統(tǒng)不受外力或所受外力之和為零，這個系統(tǒng)的總動量保持不變。

我國全日制九年義務教育高中課本里對牛頓定律有很初級的介紹，雖然早在筆者上中學的年代，就有許多同學公然對物理老師提出關于動量守恒定律的反例，但是我們始終被告知“除非受到一個或多個外力的作用，否則物體會保持靜止狀態(tài)”。

“想考大學嗎？就這么答?！?當牛頓運動定律幾乎成了所有接受基本科學訓練的人都很少質疑的“公理”之后，EmDrive 的出現(xiàn)——自然而然地——就成了一個真正顛覆的概念。

EmDrive 是怎么工作的？

在EmDrive的設計中，封閉的截錐狀 (truncate cone) 推力器 (thruster) 腔體一端由微波 (microwave) 通過波導 (magnetron) 被輻射進入，之后作用在腔體表面上，并沿推力器軸線 (見上圖) 產生凈推力。和目前航天器所使用的燃料助推器相比，EmDrive 的工作原理截然不同。

在關于 EmDrive 的測試試驗的論文中，除了剛剛在 AIAA 學刊上發(fā)表的這篇由 NASA 團隊 Eagleworks 主導的論文之外，2008 年來自我國西北工業(yè)大學的楊涓教授和她的團隊也曾經(jīng)驗證了 EmDrive 的理論，并且在 2010 年設計了一個自己的版本，2012 年和 2014 年西北工業(yè)大學航天學院又多次重復了試驗。

2001 年肖爾曾經(jīng)獲得英國政府四萬五千英鎊的資助，成功驗證了 EmDrive 的理論，但是當時他的研究成果并沒有通過同行評審 (peer review) 的驗證，而且試驗結果只產生了 0.016 牛的推力，這個數(shù)字太低甚至都無法排除儀器誤差的因素。2014 年，NASA 的科學家們曾經(jīng)設計了另一個 EmDrive 版本的試驗，但是數(shù)據(jù)仍舊沒有通過同行評審，但是在圍繞那一次試驗的爭論中，NASA 內部其他持反對意見的研究團隊在發(fā)表的論文中明確表示，試驗結果雖然無法證實 EmDrive 有效，但是同樣也沒有證據(jù)對 EmDrive 予以反駁，希望能夠有更多進一步的試驗。

2015 年末，NASA 團隊 Eagleworks 完成的一次試驗看起來確認了 EmDrive 的有效性，這次試驗不僅糾正了之前幾次發(fā)生的錯誤，而且成功實現(xiàn)了推力。不過當時并沒有提交研究成果用于同行評審。

人類航天旅行迎來新紀元

如果 EmDrive 經(jīng)過科學論證最終被認為有效，對于整個人類的社會的影響是非常非常巨大的。從理論上講，載人航天器從地球出發(fā)，可以在幾小時內飛抵月球，可以在兩到三個月內飛抵火星，可以在兩年內飛抵冥王星——而且還不用在航天器上裝燃料，又輕便，又易于生產。

至于這項技術對 NASA、SpaceX 和許多希望發(fā)展航天旅游業(yè)的公司來說，商業(yè)潛力簡直不可估量。當然，對于 EmDrive 的反對聲音仍舊持續(xù)不斷，在 AIAA 學刊發(fā)布的這篇經(jīng)過同行評審的論文，也需要更多科學工作者的親自試驗來加以驗證。

對于筆者來說，EmDrive 只不過是科技領域非常值得長期關注且近期新聞頗多的一個選題，如果說非要有什么影響，大概就是為高中時在課堂上向物理老師提出質疑的同學感到幾分不平而已——畢竟，我們當時只不過想拿個畢業(yè)證、考個好大學，牛頓老師怎么說的，也不能不聽。