改写教科书！NASA发论文打破牛顿定律

NASA发论文打破牛顿定律

2016年11月17日，NASA 正在研究过程中备受瞩目、争议颇多的 EmDrive 论文终于在 AIAA (美国航空航天学会) 的学刊发表了，因为打破了牛顿定律而曾被认为是“不可能”的 EmDrive 推进系统，似乎也因此而增强了几分信服力。
“不可能”的 EmDrive

EmDrive最早于2001年由英国航空工程师罗杰·肖尔 (Roger Shawyer) 设计，概括起来讲就是一种无工质 (propellantless) 的推进系统，也就是引擎不需要使用燃料制造反应，不需要工作介质就可以产生净推力。也就是说，不仅没有高温燃气流的烧蚀、冲刷和传热问题，而且推进系统的重量更轻。而 EmDrive 最大的优点之一是能够产生非常高的运动速度，从理论上来讲，可以在几个月的时间里将人类运送到太阳系外的宇宙空间。

听上去非常美好，不是吗？但是EmDrive有一个被业界反复质疑的关键：违反了物理学里最基本的牛顿动量守恒定律，简单来说即一个系统不受外力或所受外力之和为零，这个系统的总动量保持不变。

我国全日制九年义务教育高中课本里对牛顿定律有很初级的介绍，虽然早在笔者上中学的年代，就有许多同学公然对物理老师提出关于动量守恒定律的反例，但是我们始终被告知“除非受到一个或多个外力的作用，否则物体会保持静止状态”。

“想考大学吗？就这么答。” 当牛顿运动定律几乎成了所有接受基本科学训练的人都很少质疑的“公理”之后，EmDrive 的出现——自然而然地——就成了一个真正颠覆的概念。

NASA发论文打破牛顿定律

EmDrive 是怎么工作的？

Drive的设计中，封闭的截锥状 (truncate cone) 推力器 (thruster) 腔体一端由微波 (microwave) 通过波导 (magnetron) 被辐射进入，之后作用在腔体表面上，并沿推力器轴线 (见上图) 产生净推力。和目前航天器所使用的燃料助推器相比，EmDrive 的在Em工作原理截然不同。

在关于 EmDrive 的测试试验的论文中，除了刚刚在 AIAA 学刊上发表的这篇由 NASA 团队 Eagleworks 主导的论文之外，2008 年来自我国西北工业大学的杨涓教授和她的团队也曾经验证了 EmDrive 的理论，并且在 2010 年设计了一个自己的版本，2012 年和 2014 年西北工业大学航天学院又多次重复了试验。

2001 年肖尔曾经获得英国政府四万五千英镑的资助，成功验证了 EmDrive 的理论，但是当时他的研究成果并没有通过同行评审 (peer review) 的验证，而且试验结果只产生了 0.016 牛的推力，这个数字太低甚至都无法排除仪器误差的因素。2014 年，NASA 的科学家们曾经设计了另一个 EmDrive 版本的试验，但是数据仍旧没有通过同行评审，但是在围绕那一次试验的争论中，NASA 内部其他持反对意见的研究团队在发表的论文中明确表示，试验结果虽然无法证实 EmDrive 有效，但是同样也没有证据对 EmDrive 予以反驳，希望能够有更多进一步的试验。

2015 年末，NASA 团队 Eagleworks 完成的一次试验看起来确认了 EmDrive 的有效性，这次试验不仅纠正了之前几次发生的错误，而且成功实现了推力。不过当时并没有提交研究成果用于同行评审。

人类航天旅行迎来新纪元

如果 EmDrive 经过科学论证最终被认为有效，对于整个人类的社会的影响是非常非常巨大的。从理论上讲，载人航天器从地球出发，可以在几小时内飞抵月球，可以在两到三个月内飞抵火星，可以在两年内飞抵冥王星——而且还不用在航天器上装燃料，又轻便，又易于生产。

至于这项技术对 NASA、SpaceX 和许多希望发展航天旅游业的公司来说，商业潜力简直不可估量。当然，对于 EmDrive 的反对声音仍旧持续不断，在 AIAA 学刊发布的这篇经过同行评审的论文，也需要更多科学工作者的亲自试验来加以验证。

对于笔者来说，EmDrive 只不过是科技领域非常值得长期关注且近期新闻颇多的一个选题，如果说非要有什么影响，大概就是为高中时在课堂上向物理老师提出质疑的同学感到几分不平而已——毕竟，我们当时只不过想拿个毕业证、考个好大学，牛顿老师怎么说的，也不能不听。