EmDrive 工作了！ 槳投入宇宙

物理學幾乎已經到了深淵的邊緣。 2016 年 1 月，NASA 發布了一份有關 Eagleworks 實驗室 EmDrive 測試的科學報告 (XNUMX)。 該機構在其中確認該設備可以產生牽引力，也就是說它可以工作。 問題是，目前尚不清楚它為何有效......

1. 測量發動機推力的實驗室系統 EmDrive

2. 測試時向EmDrive寫入字符串

NASA Eagleworks 實驗室的科學家和工程師非常仔細地進行他們的研究。 他們甚至試圖找到任何潛在的錯誤來源——但無濟於事。 他們的 EmDrive 發動機每千瓦功率產生 1,2 ± 0,1 毫牛頓的推力 (2)。 這個結果並不顯眼，整體效率比離子管低很多倍，例如霍爾推進器，但它的巨大優勢是無可爭辯的——它不需要任何燃料。因此，在可能的旅行中無需攜帶任何已“充電”的油箱。

這並不是研究人員第一次證明它有效。 然而，目前還沒有人能夠解釋其中的原因。 NASA專家認為這台發動機的運作可以解釋 導波理論。 當然，這並不是試圖解釋序列神秘來源的唯一假設。 需要進一步的研究來證實科學家的假設。 要有耐心，並為 EmDrive 的後續聲明做好準備（3）… 真的行。

這是關於加速度

在過去的幾個月裡，EmDrive 案例就像真正的火箭發動機一樣不斷加速。 以下事件序列證明了這一點：

• 2015 年 XNUMX 月，José Rodal、Jeremy Mullikin 和 Noel Munson 在一個論壇上宣布了他們的研究結果（這是一個商業網站，儘管名稱如此，並不隸屬於 NASA）。 事實證明，他們在真空中檢查了發動機的運行情況，消除了可能的測量誤差，利用它們證明了該發動機的運行原理。
• 2015年XNUMX月，德累斯頓工業大學Martin Taimar的一項研究結果發表。 物理學家表示，EmDrive 發動機確實獲得了推力，但這根本不能證明其運行。 泰瑪實驗的目的是測試早期用於測試發動機的方法的副作用。 然而，該實驗本身因行為不准確、測量錯誤而受到批評，公佈的結果被稱為“文字遊戲”。
• 2016 年 XNUMX 月，德國科學家兼工程師 Paul Kotsila 宣布開展眾籌活動，將一顆名為 PocketQube 的衛星發射到太空。
• 2016年XNUMX月，坎尼公司創始人Guido Fetta宣布了配備坎尼驅動器的微型衛星CubeSat的發射概念（4），即在您自己的 EmDrive 版本中。
• 2016 年 XNUMX 月，EmDrive 的發明者 Roger J. Scheuer 獲得了第二代發動機的英國和國際專利。
• 14 年 2016 月 8 日，英國《國際商業時報》發布了對 Scheuer 的採訪影片。 它代表了 EmDrive 發展的未來和歷史，事實證明，美國和英國國防部，以及五角大樓、美國宇航局和波音公司都對這項發明感興趣。 Scheuer 向其中一些組織提供了驅動器的所有技術文檔以及提供 18g 和 XNUMXg 推力的 EmDrive 演示。Scheuer 認為第二代 EmDrive 低溫驅動器預計將具有噸當量的推力，使驅動器能夠幾乎用於所有現代汽車。
• 17年2016月XNUMX日，美國宇航局上述研究結果發表，初步證實了該電廠的運行。

4. Cannae Drive 搭乘衛星 - 可視化

17年過去了，仍然是個謎

5. Roger Scheuer 和他的 EmDrive 模型

EmDrive 更長、更準確的名稱是 射頻諧振諧振電機。 電磁驅動概念由英國科學家兼工程師、衛星推進研究有限公司創始人羅傑·肖爾於 1999 年提出。 2006年，他在《新科學家》雜誌上發表了一篇關於EmDrive的文章（5）。 該文本遭到了學者們的嚴厲批評。 他們認為，基於所提出概念的相對論電磁驅動違反了動量守恆定律，即是另一個幻想選項。

然而 中國幾年前進行的測試和美國宇航局秋季進行的測試似乎都證實了利用表面電磁輻射壓力的運動和錐形波導中電磁波反射的效應導致了力差。 以及牽引力的出現。 該功率又可以乘以 拉斯特拉，放置在適當的距離，電磁波長度一半的倍數。

隨著 NASA Eagleworks 實驗室實驗結果的公佈，關於這一潛在革命性解決方案的爭議再次出現。 實驗結果與實際科學理論和物理定律之間的差異引起了對所進行的測試的許多極端觀點。 太空旅行取得突破的樂觀主張與公開否認研究結果之間的差異，導致許多人深入思考科學知識的普遍假設和困境以及科學實驗的局限性。

儘管距離 Scheuer 披露該項目已經過去了十七年多，這位英國工程師的模型卻沒能等太久得到可靠的研究驗證。 儘管不時重複其應用實驗，但尚未決定在特定科學研究中適當驗證它們並測試該方法。 這方面的情況在上述美國實驗室Eagleworks的實驗同行評審結果發表後發生了變化。 然而，除了所採用的研究方法得到證實的合法性之外，從一開始，一系列的質疑就沒有消除，這實際上損害了這個想法本身的可信度。

牛頓呢？

為了說明 Scheuer 發動機原理的問題嚴重程度，批評者傾向於將 EmDrive 想法的作者與一位車主進行比較，車主希望通過從內部按壓擋風玻璃來使汽車移動。 由此說明的與牛頓動力學基本原理的不一致仍然被視為主要反對意見，這完全排除了英國工程師設計的可信度。 Scheuer 模型的反對者並沒有被連續的實驗所說服，這些實驗出乎意料地表明 EmDrive 引擎可以高效工作。

當然，我們必須承認，迄今為止所獲得的實驗結果缺乏經過科學證明的規定和模式的明確實質性基礎。 證明電磁發動機模型可操作性的研究人員和愛好者都承認，他們還沒有找到明確證實的物理原理來解釋其運行據稱違反牛頓動力學定律。

6. EmDrive 氣缸中相互作用矢量的假設分佈

然而，朔伊爾本人認為，需要在量子力學的基礎上考慮他的項目，而不是像傳統驅動器那樣基於經典力學。 在他看來，EmDrive 的工作是基於 電磁波的具體影響 ( 6），其影響並沒有完全體現在牛頓原理中。 此外，Scheuer 沒有提供任何經過科學驗證和方法論驗證的證據。

儘管發布了所有公告並取得了有希望的研究成果，但 NASA Eagleworks 實驗室的實驗結果只是 Scheuer 發起的項目驗證證據和建立科學可信度的漫長過程的開始。 如果研究實驗的結果是可重複的，並且模型的運行在太空條件下也得到證實，那麼仍然存在一個更嚴重的分析問題。 將這一發現與動力學原理相協調的問題同時不可觸碰。 這種情況的出現不應自動意味著對當前科學理論或基本物理定律的否定。

理論上，EmDrive 利用輻射壓現象進行工作。 電磁波的群速度以及由此產生的力可能取決於電磁波在其中傳播的波導的幾何形狀。 根據Scheuer的想法，如果你以這樣一種方式構建錐形波導，使得一端的波速與另一端的波速顯著不同，那麼通過在兩端之間反射波，你將獲得輻射壓差，即足以實現牽引力的力。 根據 Scheuer 的說法，EmDrive 並不違反物理定律，而是利用了愛因斯坦的理論——發動機只是在 另一個參考系 比其中的“工作”波。

7. EmDrive操作概念圖

很難理解 EmDrive 的工作原理，但你知道它由什麼組成（7）。 該設備最重要的部分是 微型諧振器產生的微波輻射 微波 （雷達和微波爐中使用的微波發射燈）。 諧振器的形狀類似於截頭金屬錐體 - 一端比另一端寬。 由於尺寸選擇得當，一定長度的電磁波在其中諧振。 假設這些波向較寬的一端加速，向較窄的一端減速。 波位移速度的差異應導致施加在諧振器相對端上的輻射壓力的差異，從而形成 車輛推進。 這一序列將針對更廣泛的基礎發揮作用。 問題在於，根據休爾的批評者的說法，這種效應補償了波浪對錐體側壁的影響。

8. 離子發動機噴嘴

噴氣式發動機或火箭發動機在噴射加速燃燒氣體時推動車輛（推力）。 空間探測器中使用的離子推進器也會釋放氣體（8），但以在電磁場中加速的離子形式。 EmDrive 並沒有解決這些問題。

根據 牛頓第三定律 每個作用力都有一個相反且相等的反作用力，也就是說，兩個物體的相互作用總是相等且相反的。 如果我們靠在牆上，它也會壓在我們身上，儘管它不會去任何地方。 當他說話時 動量守恆原理如果外力（相互作用）不作用於物體系統，則該系統具有恆定的動量。 簡而言之，EmDrive 不應該工作。 但它有效。 至少檢測設備顯示的是這樣的。

儘管正如我們已經提到的，實際使用的一些離子發動機在這些微牛頓範圍內運行，但迄今為止建造的原型機的功率並沒有讓他們失望。 Scheuer 表示，通過使用超導體可以大大增加 EmDrive 的推力。

導波理論

美國宇航局研究人員提出的導波理論是 EmDrive 運行的可能科學基礎。 這是第一個已知的隱變量理論 路易絲·德布羅意 1927年，後來被遺忘，然後被重新發現和改進 大衛·博姆 - 現在叫 德布羅意-玻姆理論。 它沒有量子力學標準解釋中存在的問題，例如波函數的瞬時崩潰和測量問題（稱為薛定諤貓悖論）。

它 非局域理論這意味著給定粒子的運動直接受到系統中其他粒子運動的影響。 然而，這種非定域性不允許信息以大於光速的速度傳輸，因此並不與相對論相矛盾。 導波理論仍然是量子力學的幾種解釋之一。 到目前為止，導波理論的預測與量子力學標準解釋的預測之間尚未發現實驗差異。

在他 1926 年的出版物中 馬克斯·伯恩 提出薛定諤波動方程的波函數是找到粒子的概率密度。 正是基於這一思想，德布羅意發展了導頻波理論並發展了導頻波函數。 他最初提出了一種對偶解決方案，其中量子物體包含真實空間中的物理波（u 波），該物理波具有導致粒子狀行為的球形奇異區域。 在這種原始的理論形式中，研究人員並沒有假設量子粒子的存在。 後來他提出了導波理論，並在 1927 年著名的索爾維會議上提出。 沃爾夫岡·泡利 然而，他認為這樣的模型對於非彈性粒子散射來說是不正確的。 德布羅意沒找到

為了這個答案，很快就放棄了領航波的概念。 他從未發展出涵蓋隨機性的理論。

許多顆粒。

1952年，大衛·博姆重新發現了導波理論。 德布羅意-玻姆理論最終被認為是量子力學的正確解釋，並且代表了迄今為止最流行的哥本哈根解釋的嚴肅替代。 重要的是，它不存在干擾量子力學標準解釋的測量悖論。

粒子的位置和動量是潛在變量，因為每個粒子在任何給定時間都具有明確定義的坐標和動量。 然而，不可能同時測量這兩個量，因為對一個量的每次測量都會擾動另一個的值——根據 海森堡測不准原理。 該組粒子具有根據薛定諤方程演化的相應物質波。 每個粒子都遵循由導頻波控制的確定性軌跡。 總而言之，粒子的密度對應於波函數的振幅的高度。 波函數與粒子無關，可以作為空波函數存在。

在哥本哈根解釋中，粒子在被觀察之前沒有固定的位置。 在波浪理論中

粒子的引導位置是明確定義的，但這對整個物理學有各種嚴重的後果 - 因此

這個理論也不是很流行。 但是，它可以讓您解釋 EmDrive 的工作原理。

NASA 研究團隊在 2016 年 XNUMX 月的出版物中寫道：“如果介質可以傳輸聲振動，那麼它的組成部分就可以相互作用並傳輸動量。這違反了牛頓運動定律。”

顯然，這種解釋的後果之一是 EmDrive 會移動，就好像從宇宙中“推開”一樣。

 EmDrive 不應該違反物理定律……

……普利茅斯大學的邁克·麥卡洛克提出了一種新理論，該理論提出了一種不同的方式來思考加速度非常小的物體的運動和慣性。 如果他是對的，我們最終會稱這種神秘的驅動力為“非慣性”，因為困擾英國研究人員的是慣性，即慣性。

慣性是所有具有質量的物體的特徵，對方向或加速度的變化做出反應。 換句話說，質量可以被認為是慣性的量度。 雖然這對我們來說似乎是一個眾所周知的概念，但其本質並不那麼明顯。 麥卡洛克的概念基於這樣的假設：慣性是由廣義相對論預測的效應產生的，稱為 溫魯輻射a 是作用於加速物體的黑體輻射。 另一方面，我們可以說，當我們加速時，它就會增長。

關於 EmDrive 麥卡洛克的概念基於以下思想：如果光子有任何質量，它們在反射時必然經歷慣性。 然而，在這種情況下，安魯輻射非常小。 如此之小，以至於它可以與周圍的環境互動。 就 EmDrive 而言，這是“發動機”設計的錐體。 該錐體允許在較寬端進行一定長度的安魯輻射，並在較窄端進行較短長度的輻射。 光子被反射，因此它們在腔室中的慣性必須改變。 與 EmDrive 的常見觀點相反，從動量守恆原理來看，這種解釋並未違反動量守恆原理，因此，應該以這種方式產生牽引力。

麥卡洛克的理論一方面消除了動量守恆問題，另一方面又處於科學主流的邊緣。 從科學的角度來看，假設光子具有慣性質量是有爭議的。 此外，從邏輯上講，光速在室內應該會改變。 這對於物理學家來說是相當難以接受的。

真的是一根繩子嗎？

儘管 EmDrive 牽引力研究取得了上述積極成果，但批評者仍然反對它。 他們指出，與媒體報導相反，美國宇航局尚未證明該發動機確實有效。 例如，絕對有可能 實驗誤差除其他外，這是由構成推進系統的材料的蒸發引起的。

批評者認為，電磁波在兩個方向上的強度實際上是相等的。 我們正在處理不同寬度的容器，但這不會改變任何東西，因為從較寬的一端反射回來的微波不僅落在較窄的底部上，而且還落在牆壁上。 例如，懷疑論者考慮過用氣流產生輕推力，但美國宇航局在真空室中進行測試後排除了這種可能性。 與此同時，其他科學家謙虛地接受了這些新數據，尋找一種方法將它們與動量守恆原理有意義地協調起來。

有人懷疑在這個實驗中區分了發動機的比推力和電流處理系統的加熱效果（9）。 在 NASA 的實驗裝置中，大量的熱能進入氣缸，這會改變質量分佈和重心，導致測量裝置中檢測到 EmDrive 推力。

9. 測試過程中系統的熱圖像

EmDrive 愛好者這樣說 其中的秘密在於圓錐形圓柱體的形狀這就是為什麼這條線會出現。 懷疑論者回答說，值得用普通氣缸來測試不可能的執行器。 因為如果這種傳統的非圓錐形設計具有推力，它將破壞有關 EmDrive 的一些“神秘”主張，並且還會支持這樣的懷疑：“不可能的發動機”的已知熱效應正在運行。實驗裝置。

由 NASA 的 Eagleworks 實驗測量的發動機“性能”也值得懷疑。 當使用 40 W 時，推力是在 40 微米的水平上測量的 - 在正負 20 微米內。 這是 50% 的錯誤。 將功率增加到 60 瓦後，性能測量變得更加不准確。 然而，即使我們從表面上看這些數據， 新型驅動器每千瓦產生的功率仍然僅為先進離子推進器（如 NSTAR 或 NEXT）的十分之一。

懷疑論者呼籲進行進一步、更徹底、當然也是獨立的測試。 他們記得，EmDrive弦早在2012年就出現在中國的實驗中，隨著實驗和測量方法的改進而消失。

軌道上的真相檢驗

驅動器是否與諧振室一起工作的問題的最終（？）答案是由上述 Guido Fett 構想的——這個概念的變體的發明者稱為 神奈大道。 在他看來，將由該發動機驅動的衛星送入軌道將使懷疑者和批評者閉嘴。 當然，如果 Cannae Drive 真的發射了一顆衛星，它就會關閉。

6個立方體衛星大小（即約10×20×30厘米）的探測器應升到241公里的高度，並在那裡停留約半年。 這種尺寸的傳統衛星大約在六週內耗盡校正燃料。 太陽能 EmDrive 將消除這一限制。

為了建造該設備，由 Fetta, Inc. 運營的 Cannae Inc. 與 LAI International 和 SpaceQuest Ltd 成立了一家公司，擁有作為備件供應商的經驗，包括。 適用於航空和微型衛星製造商。 如果一切順利的話 忒修斯，因為這是新公司的名稱，可能會在 2017 年發射第一顆 EmDrive 微型衛星。

芬蘭人說，它們只不過是光子。

在 NASA 結果發布前幾個月，同行評審期刊 AIP Advances 發表了一篇有關備受爭議的 EmDrive 發動機的文章。 該報告的作者是赫爾辛基大學的物理學教授 Arto Annila、於韋斯屈萊大學有機化學專業的 Erkki Kolehmainen 博士和 Comsol 的物理學家 Patrick Grahn，他們認為： EmDrive 通過從封閉室釋放光子而獲得推力.

安妮拉教授是一位著名的自然力研究者。 他在著名期刊上發表了近五十篇論文。 他的理論已應用於暗能量和暗物質、進化、經濟學和神經科學的研究。 Annila 斬釘截鐵：EmDrive 就像任何其他引擎一樣。 吸收燃料並產生推力。

在燃料方面，一切對每個人來說都很簡單明了——微波被傳送到發動機。 問題是從裡面什麼也看不出來，所以人家以為是引擎不靈了。 那麼，怎麼可能會產生無法察覺的東西呢？ 光子在腔室中來回反彈。 其中一些以相同的方向和相同的速度行進，但它們的相位相差 180 度。 因此，如果它們以這種配置行進，它們就會抵消彼此的電磁場。 這就像水波在一個偏移時一起移動，從而相互抵消。 水並沒有消失，它還在那裡。 同樣，攜帶動量的光子不會消失，即使它們作為光不可見。 如果波不再具有電磁特性，因為它們已被消除，那麼它們就不會從腔室的壁上反射，也不會離開腔室。 因此，由於光子對，我們有一個驅動器。

沉浸在相對時空中的船

著名物理學家詹姆斯·F·伍德沃德（James F. Woodward）（10）另一方面，認為新型推進裝置運行的物理基礎是所謂的 伏擊瑪哈。 伍德沃德基於馬赫原理提出了非局部數學理論。 然而，最值得注意的是，他的理論是可驗證的，因為它預測了物理效應。

伍德沃德說，如果任何給定係統的質量能量密度隨時間變化，則該系統的質量變化量與相關係統密度變化的二階導數成正比。

例如，如果一個 1 kg 的陶瓷電容器用一個以 10 kHz 的頻率變化並傳輸功率（例如 100 W）的正電壓（有時是負電壓）充電一次 - 伍德沃德的理論預測電容器的質量應該改變 ±在 10 kHz 的頻率下，其原始質量值周圍 20 毫克。 這一預測已在實驗室得到證實，從而馬赫原理得到了經驗證實。

恩斯特·馬赫認為，物體的均勻運動與絕對空間無關，而是與宇宙中所有其他物體的質心有關。 物體的慣性是它與其他物體相互作用的結果。 許多物理學家認為，馬赫原理的完全實現將證明時空幾何完全依賴於宇宙中物質的分佈，與之相對應的理論就是相對時空理論。

從視覺上看，EmDrive 發動機的概念可以比作在海洋中划船。 這個海洋就是宇宙。 這種運動或多或少就像一支槳，潛入構成宇宙的水中，然後將自己排斥在水中。 而這一切最有趣的是，物理學現在處於這樣一種狀態，這樣的隱喻看起來根本不像科幻小說和詩歌。

不僅是 EmDrive，還是未來的太空驅動器

儘管 Scheuer 發動機只提供了最小的推動力，但它在太空旅行中已經擁有廣闊的前景，將我們帶到火星及更遠的地方。 然而，這並不是真正快速高效的航天器發動機的唯一希望。 這裡還有一些概念：

•  核動力。 它將包括發射原子彈並用“桶”將爆炸力引導到船尾。 核爆炸會產生衝擊力，“推動”飛船前進。 一種非爆炸性選擇是使用溶解在水中的鹽裂變材料，例如溴化鈾。 這種燃料儲存在一排容器中，彼此之間由一層耐用材料隔開，添加了硼，耐用

  防止它們在容器之間流動的中子吸收劑。 當我們啟動發動機時，所有容器中的材料結合在一起，從而引起連鎖反應，鹽水溶液變成等離子體，從而使火箭噴嘴受到磁場的保護，免受等離子體的巨大溫度的影響，提供恆定的推力。 據估計，這種方法可以將火箭加速到6 m/s甚至更高。 然而，採用這種方法需要大量的核燃料——對於一艘重達10噸的船舶來說，這將多達XNUMX噸。 噸鈾。

• 使用氘的聚變發動機。 提供推力的溫度約為 500 億攝氏度的等離子體給設計人員帶來了嚴重的問題，例如排氣噴嘴。 然而，這種情況下理論上可以達到的速度接近光速的十分之一，即高達30 五十。 公里/秒。 然而，這個選項在技術上仍然不可行。
• 反物質。 這種奇怪的事情確實存在——在歐洲核子研究中心和費米實驗室，我們設法使用收集環收集了大約一萬億個反質子，或者一皮克的反物質。 理論上，反物質可以儲存在所謂的潘寧陷阱中，其中的磁場可以防止反物質與容器壁碰撞。 普通反物質湮滅

  與某種物質，例如與氫，會從磁阱中的高能等離子體中產生巨大的能量。 理論上，由物質和反物質湮沒能量驅動的飛行器可以加速到光速的 90%。 然而，在實踐中，反物質的生產極其困難且昂貴。 生產某一批次所需的能源比其以後生產的能源多一千萬倍。

• 太陽帆。 這是一個早已為人所知的驅動概念，但仍在等待（至少暫時）被實現。 帆將利用愛因斯坦描述的光電效應進行操作。 然而，它們的表面必須非常大。 帆本身也必須非常薄，以便結構不會過重。
• 驅動器 。 幻影師說，這足以……扭曲空間，這實際上縮短了車輛與目的地之間的距離，並增加了其後面的距離。 因此，乘客本人只移動了一點點，但在“氣泡”中他克服了很大的距離。 儘管聽起來很夢幻，但美國宇航局的科學家們一直在非常認真地進行實驗。

  對光子有影響。 1994 年，物理學家 Miguel Alcubierre 博士提出了一種科學理論，描述了這種發動機的工作原理。 事實上，這將是某種技巧——它不會以超過光速的速度移動，而是會改變時空本身。 不幸的是，不要指望很快就能得到這張光盤。 它的許多問題之一是，以這種方式推進的船舶將需要負能量來為其提供動力。 確實，這種類型的能量在理論物理學中是眾所周知的——真空作為負能量粒子的無限海洋的理論模型最早由英國物理學家保羅·狄拉克於1930年提出，以解釋所預測的負能量量子的存在狀態。 根據相對論電子的狄拉克方程。

  在經典物理學中，假設自然界中只存在具有正能量的解，具有負能量的解是沒有意義的。 然而，狄拉克方程假設存在一些過程，其中負解可以由“正常”正粒子產生，因此不能被忽略。 然而，我們尚不清楚現實中是否會產生負能量。

  驅動的實現存在很多問題。 溝通似乎是最重要的之一。 例如，不知道一艘船如何能夠以超過光速的速度與周圍的時空區域進行通信？ 這也將防止驅動器跳閘或啟動。