72天就能把人送上火星？有爭議的EM推進系統正迎來新的解釋

自從 EM 驅動首次成為頭條新聞以來，很多科學愛好者都對 EM 推進系統能產生推力的現象困惑不已，因為這看上去根本就是件不可能的事——EM 推進系統能在沒用到任何燃料情況下就能產生推力。

EM 推進系統（EM Drive）由英國航空工程師 Roger Shawyer 提出。它與以往的火箭引擎推動方法不同，基於「電磁驅動」原理，其設計核心是利用微波腔內的電磁場來產生推力，如果這項技術實現，那就意味著更加高效的宇宙旅行方式，它甚至能讓我們只用 72 天就從地球到達火星。

但是，自 2001 年 Roger Shawyer 公布了這種系統的假設細節以來，關於諧振腔會如何產生這樣的推力直到現在都沒有達到理論上的共識。

圖丨 EmDrive 原型機

在 2017 年初，僅有一些原型驅動裝置在幾項測試中觀察到微小推力的產生。目前許多理論物理學家和評論家都將該類設備貼上了為「不可能」的標籤，並指出之前觀察到過的推力可能源於測量誤差。

而就在最近，一個物理研究小組提出了一種可行的解釋：如果我們考慮了量子物理學中的一個怪異並常被忽視的理論——導波理論，EM 驅動系統能在不違反任何物理定律的情況下正常工作。

根據牛頓第三定律，作用力會有一個大小相等方向相反的反作用力。所以如果不用推進劑，驅動器就不能在相反的方向產生推力。

不過，正如去年 NASA 的一篇同行評議的文章所說，該類驅動系統確實產生出了較大的推力，我們只是不知該如何解釋這種現象。

目前，一篇在《國際應用物理科學雜誌》（The Journal of Applied Physical Science International）上發表的文章提出，導波理論或能解釋該現象。

葡萄牙里斯本大學科學哲學中心研究員，JoséCroca 和 Paulo Castro 認為，導波理論或許不僅能解釋 EM 驅動系統的原理，還能助力其實用化。

Castro 在一封郵件中寫道：「我們已經發現，如果將導波理論用於美國航空航天局的 EM 驅動的平截頭體（一種錐形體）上，該系統產生的推力就能在不對系統施加任何外部操作的基礎上被解釋，滿足牛頓定律的要求。」

那麼，什麼是導頻波理論呢？

目前，在量子力學上，大多數物理學家都贊同哥本哈根解釋中的觀點，即粒子在被觀察到之前就沒有確定的位置。而導波理論則認為，粒子在任何時候都具有精確的位置，如果這個觀點是正確的，那世界將以奇怪的方式運行——這也就是為什麼許多物理學家不了解這個想法的原因。

但近年來，導波理論的知名度正在逐漸提升。這次的論文也提出，該理論可以稍微調整，並被用於更大的對象上，比如 EM 驅動系統。而且，調整後的導波理論能夠解釋 EM 驅動系統的工作原理。

通過建模，研究小組認為，足夠強大和不對稱的電磁場可以被看作為一個先導波。

而 EM 驅動裝置的錐體或截頭錐體是不對稱的，所以它也會產生出不對稱的波場。然後，EM 驅動裝置的外壁將會朝波場更強的區域移動，併產生推力（NASA Eagleworks 的研究員去年也在他們的初步報告中提出這是一個可能的解釋）。

目前要明確一點的是，里斯本大學的研究員還沒有在真實的設備上測試過該理論假設。論文只表明了從建模的角度上來說，該假設或許可行。雖然還未實踐，但他們在論文中也給出了關於如何實際檢驗該假設的設想。

Castro 對此表示：「目前相關的最嚴格的實證來自於 EM 驅動的表現，但我們也在論文中設計了一個用來檢測和調製亞量子波的實驗。」

如果該假設得到證實，EM 驅動裝置便不會與牛頓第三定律相悖。

研究人員認為，EM 驅動器是太空推進電機的未來，雖然它可能會最先在納米衛星或納米無人機中得到應用，但其效果最終會被用在更大的航天器上。

更重要的一點是，如果導波理論真的能解釋 EM 推進設備產生的推力，那麼它也可能導致今後推進系統更加強大的方法。

Castro 說：「研究表明使用不同形狀的截頭錐體可以增強產生推力的效果。事實上，椎指數形式（trumpet exponential form）應該能增加產生的推力。」

該團隊目前正在考慮建立自己的實驗室，並邀請有興趣的項目互相聯繫。同時，NASA Eagleworks 的團隊也在繼續測試其 EM 原型機設備。甚至還有人想要在太空中測試 EM 推進裝置。

雖然關於 EM 推進系統的原理我們還知之甚少，但無論它最終是真是假，有關研究都必定會助力物理研究的進一步發展。

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