72天就能把人送上火星？有争议的EM推进系统正迎来新的解释

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自从 EM 驱动首次成为头条新闻以来，很多科学爱好者都对 EM 推进系统能产生推力的现象困惑不已，因为这看上去根本就是件不可能的事——EM 推进系统能在没用到任何燃料情况下就能产生推力。

EM 推进系统（EM Drive）由英国航空工程师 Roger Shawyer 提出。它与以往的火箭引擎推动方法不同，基于“电磁驱动”原理，其设计核心是利用微波腔内的电磁场来产生推力，如果这项技术实现，那就意味着更加高效的宇宙旅行方式，它甚至能让我们只用 72 天就从地球到达火星。

但是，自 2001 年 Roger Shawyer 公布了这种系统的假设细节以来，关于谐振腔会如何产生这样的推力直到现在都没有达到理论上的共识。

图丨 EmDrive 原型机

在 2017 年初，仅有一些原型驱动装置在几项测试中观察到微小推力的产生。目前许多理论物理学家和评论家都将该类设备贴上了为“不可能”的标签，并指出之前观察到过的推力可能源于测量误差。

而就在最近，一个物理研究小组提出了一种可行的解释：如果我们考虑了量子物理学中的一个怪异并常被忽视的理论——导波理论，EM 驱动系统能在不违反任何物理定律的情况下正常工作。

根据牛顿第三定律，作用力会有一个大小相等方向相反的反作用力。所以如果不用推进剂，驱动器就不能在相反的方向产生推力。

不过，正如去年 NASA 的一篇同行评议的文章所说，该类驱动系统确实产生出了较大的推力，我们只是不知该如何解释这种现象。

目前，一篇在《国际应用物理科学杂志》（The Journal of Applied Physical Science International）上发表的文章提出，导波理论或能解释该现象。

葡萄牙里斯本大学科学哲学中心研究员，JoséCroca 和 Paulo Castro 认为，导波理论或许不仅能解释 EM 驱动系统的原理，还能助力其实用化。

Castro 在一封邮件中写道：“我们已经发现，如果将导波理论用于美国航空航天局的 EM 驱动的平截头体（一种锥形体）上，该系统产生的推力就能在不对系统施加任何外部操作的基础上被解释，满足牛顿定律的要求。”

那么，什么是导频波理论呢？

目前，在量子力学上，大多数物理学家都赞同哥本哈根解释中的观点，即粒子在被观察到之前就没有确定的位置。而导波理论则认为，粒子在任何时候都具有精确的位置，如果这个观点是正确的，那世界将以奇怪的方式运行——这也就是为什么许多物理学家不了解这个想法的原因。

但近年来，导波理论的知名度正在逐渐提升。这次的论文也提出，该理论可以稍微调整，并被用于更大的对象上，比如 EM 驱动系统。而且，调整后的导波理论能够解释 EM 驱动系统的工作原理。

通过建模，研究小组认为，足够强大和不对称的电磁场可以被看作为一个先导波。

而 EM 驱动装置的锥体或截头锥体是不对称的，所以它也会产生出不对称的波场。然后，EM 驱动装置的外壁将会朝波场更强的区域移动，并产生推力（NASA Eagleworks 的研究员去年也在他们的初步报告中提出这是一个可能的解释）。

目前要明确一点的是，里斯本大学的研究员还没有在真实的设备上测试过该理论假设。论文只表明了从建模的角度上来说，该假设或许可行。虽然还未实践，但他们在论文中也给出了关于如何实际检验该假设的设想。

Castro 对此表示：“目前相关的最严格的实证来自于 EM 驱动的表现，但我们也在论文中设计了一个用来检测和调制亚量子波的实验。”

如果该假设得到证实，EM 驱动装置便不会与牛顿第三定律相悖。

研究人员认为，EM 驱动器是太空推进电机的未来，虽然它可能会最先在纳米卫星或纳米无人机中得到应用，但其效果最终会被用在更大的航天器上。

更重要的一点是，如果导波理论真的能解释 EM 推进设备产生的推力，那么它也可能导致今后推进系统更加强大的方法。

Castro 说：“研究表明使用不同形状的截头锥体可以增强产生推力的效果。事实上，椎指数形式（trumpet exponential form）应该能增加产生的推力。”

该团队目前正在考虑建立自己的实验室，并邀请有兴趣的项目互相联系。同时，NASA Eagleworks 的团队也在继续测试其 EM 原型机设备。甚至还有人想要在太空中测试 EM 推进装置。

虽然关于 EM 推进系统的原理我们还知之甚少，但无论它最终是真是假，有关研究都必定会助力物理研究的进一步发展。

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编辑：Peter   校审：黄珊

参考：

http://www.sciencealert.com/physicists-have-a-weird-new-idea-about-how-the-impossible-em-drive-could-produce-thrust?utm_source=Facebook&utm_medium=Branded+Content&utm_campaign=ScienceNaturePage

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