EmDrive 有效！ 桨坠入宇宙

物理学几乎处于深渊的边缘。 2016 年 1 月，NASA 发表了一份关于在 Eagleworks 实验室进行 EmDrive 测试的科学报告 (XNUMX)。 在其中，该机构确认该设备产生牵引力，也就是说，它可以工作。 问题是它为什么起作用仍然未知......

1. 发动机推力测量实验室系统 EmDrive

2. 测试时向 EmDrive 写入字符串

NASA Eagleworks 实验室的科学家和工程师非常谨慎地进行了他们的研究。 他们甚至试图找到任何潜在的错误来源——但无济于事。 他们 EmDrive 发动机每千瓦功率产生 1,2 ± 0,1 毫牛顿的推力 (2)。 这个结果并不显眼，整体效率比离子管低很多倍，例如霍尔推进器，但它的巨大优势是无可争辩的——它不需要任何燃料。因此，在可能的旅行中，您无需携带任何“充满”动力的油箱。

这不是研究人员第一次证明它有效。 但是，目前还没有人能够解释原因。 美国宇航局专家认为，这台发动机的运作是可以解释的 导波理论. 当然，这并不是试图解释序列神秘起源的唯一假设。 需要进一步的研究来证实科学家的假设。 请耐心等待 EmDrive (3）… 真的行。

这是关于加速

在过去的几个月里，EmDrive 案例像真正的火箭发动机一样不断加速。 以下一系列事件证明了这一点：

• 2015 年 XNUMX 月，José Rodal、Jeremy Mullikin 和 Noel Munson 在一个论坛上公布了他们的研究结果（这是一个商业网站，尽管有名称，但不隶属于 NASA）。 事实证明，他们在真空中检查了发动机的运行并消除了可能的测量误差，证明了使用它们的发动机的运行原理。
• 2015 年 XNUMX 月，德累斯顿工业大学的 Martin Taimar 的一项研究结果发表。 物理学家说 EmDrive 引擎确实得到了推力，但这根本不能证明它的运行。 Taimar 实验的目的是测试用于测试发动机的早期方法的副作用。 然而，实验本身因行为不准确、测量错误而受到批评，公布的结果被称为“文字游戏”。
• 2016 年 XNUMX 月，德国科学家兼工程师 Paul Kotsila 宣布了一项众筹活动，将一颗名为 PocketQube 的卫星发射到太空。
• 2016 年 XNUMX 月，Cannae Inc. 创始人 Guido Fetta 宣布了 CubeSat 的发射概念，这是一颗配备 Cannae Drive 的微型卫星（4)，即在您自己的 EmDrive 版本中。
• 2016 年 XNUMX 月，EmDrive 的发明者 Roger J. Scheuer 的第二代发动机获得了英国和国际专利。
• 14 年 2016 月 8 日，英国国际商业时报发布了对 Scheuer 的电影采访。 它代表了 EmDrive 发展的未来和历史等，事实证明，美国和英国国防部以及五角大楼、美国宇航局和波音公司都对该发明感兴趣。 Scheuer 为其中一些组织提供了 EmDrive 的驱动和演示的所有技术文档，提供 18g 和 XNUMXg 推力。适用于几乎所有现代汽车。
• 17年2016月XNUMX日，NASA公布了上述研究成果，初步证实了电厂的运行。

4. Cannae Drive 在卫星上 - 可视化

17年还是个谜

5. Roger Scheuer 和他的 EmDrive 模型

EmDrive 更长更准确的名称是 射频共振谐振电机. 电磁驱动概念是由英国科学家和工程师、Satellite Propulsion Research Ltd. 创始人 Roger Scheuer 于 1999 年开发的。 2006年在新科学家（New Scientist）发表了一篇关于EmDrive的文章（5）。 该文本受到学者们的严厉批评。 在他们看来，基于所提出概念的相对论电磁驱动违反了动量守恒定律，即是另一个关于幻想的选择。

然而 几年前的中国测试和美国宇航局在秋季进行的测试似乎都证实了利用表面上的电磁辐射压力的运动以及锥形波导中电磁波反射的影响会导致力差。 和牵引力的出现。 反过来，这种力量可以乘以 拉斯特拉，放置在适当的距离，电磁波长度的一半的倍数。

随着 NASA Eagleworks Lab 实验结果的公布，这一潜在的革命性解决方案再次引发争议。 实验结果与实际科学理论和物理定律之间的差异引起了对所进行测试的许多极端意见。 对太空旅行取得突破的乐观主张与对研究结果的公开否认之间的差异导致许多人深入思考科学知识的普遍假设和困境以及科学实验的局限性。

尽管距离 Scheuer 披露该项目已经过去了 XNUMX 年多，但这位英国工程师的模型已经等不及进行可靠的研究验证了。 尽管不时重复其应用实验，但并未决定在特定科学研究中正确验证它们并测试该方法。 在上述美国实验室 Eagleworks 的实验同行评审结果发表后，这方面的情况发生了变化。 然而，除了所采用的研究方法的合法性得到了证明之外，从一开始，整个范围的疑虑并没有消除，这实际上破坏了这个想法本身的可信度。

牛顿呢？

为了说明 Scheuer 的发动机原理问题的严重程度，批评者倾向于将 EmDrive 想法的作者比作一个想要通过从内部按压挡风玻璃来使汽车移动的车主。 如此说明的与牛顿动力学基本原理的不一致仍被视为主要反对意见，这完全排除了英国工程师设计的可信度。 Scheuer 模型的反对者并没有被连续的实验所说服，这些实验出乎意料地表明 EmDrive 引擎可以有效地工作。

当然，不得不承认，迄今为止所获得的实验结果缺乏以科学证明的规定和模式为形式的明确的实质性基础。 证明电磁发动机模型可操作性的研究人员和爱好者都承认，他们还没有找到一个明确证实的物理原理来解释其操作据称与牛顿动力学定律相悖。

6. EmDrive 圆柱体中相互作用向量的假设分布

然而，Scheuer 本人假设需要在量子力学的基础上考虑他的项目，而不是像传统驱动器那样经典。 在他看来，EmDrive 的工作是基于 电磁波的具体影响 ( 6)，其影响并未完全反映在牛顿原理中。 此外，Scheuer 不提供任何经过科学验证和方法学验证的证据。

尽管宣布了所有公告并取得了令人鼓舞的研究结果，但 NASA Eagleworks 实验室实验的结果只是验证证据和建立 Scheuer 发起的项目的科学可信度的漫长过程的开始。 如果研究实验的结果证明是可重复的，并且模型的操作也在空间条件下得到证实，那么还有一个更严重的问题需要分析。 协调发现与动力学原理的问题虽然触不可及。 这种情况的出现不应自动意味着否定当前的科学理论或基本物理定律。

从理论上讲，EmDrive 是利用辐射压力现象工作的。 电磁波的群速度以及由此产生的力可能取决于它在其中传播的波导的几何形状。 根据 Scheuer 的想法，如果你构建一个锥形波导，使一端的波速与另一端的波速有显着差异，那么通过在两端之间反射波，你会得到一个差异辐射压力，即足以实现牵引力的力。 根据 Scheuer 的说法，EmDrive 并不违反物理定律，而是使用了爱因斯坦的理论——引擎只是在 另一个参照系 比它里面的“工作”波。

7. EmDrive 操作概念图

很难理解 EmDrive 的工作原理，但你知道它是由什么组成的（7）。 该设备最重要的部分是 微波谐振器产生的微波辐射 微波 （用于雷达和微波炉的微波发射灯）。 谐振器的形状类似于截头金属锥 - 一端比另一端宽。 由于所选择的尺寸适当，一定长度的电磁波在其中产生。 假设这些波向较宽的一端加速，向较窄的一端减速。 波位移速度的差异应导致施加在谐振器相对两端的辐射压力不同，从而导致形成 车辆推进. 这个序列将作用于更广泛的基础。 问题在于，根据 Scheuer 的批评者，这种效应补偿了波浪对锥体侧壁的影响。

8.离子发动机喷嘴

喷气发动机或火箭发动机在喷射加速燃烧气体时推动车辆（推力）。 太空探测器中使用的离子推进器也会发射气体（8)，但是以在电磁场中加速的离子的形式。 EmDrive 并没有解决这些问题。

根据 牛顿第三定律 对每一个动作都有一个相反和相等的反应，即两个物体的相互作用总是相等和相反的。 如果我们靠在墙上，它也会压在我们身上，尽管它不会去任何地方。 正如他所说 动量守恒原理如果外力（相互作用）不作用于物体系统，则该系统具有恒定动量。 简而言之，EmDrive 不应该工作。 但它有效。 至少这就是检测设备所显示的。

迄今为止建造的原型的力量并没有让它们失去动力，尽管正如我们已经提到的，在实践中使用的一些离子发动机在这些微牛顿范围内运行。 根据 Scheuer 的说法，EmDrive 的推力可以通过使用超导体大大增加。

导波理论

美国宇航局的研究人员将引导波理论作为 EmDrive 运行的可能科学基础。 这是第一个已知的隐变量理论 路易丝·德布罗意 1927年，后来被遗忘，然后被重新发现和改进 大卫·博姆 - 现在叫 德布罗意-玻姆理论. 它没有量子力学标准解释中存在的问题，例如波函数的瞬时坍缩和测量问题（称为薛定谔猫悖论）。

它 异地理论这意味着给定粒子的运动直接受到系统中其他粒子的运动的影响。 但是，这种非定域性不允许信息以大于光速的速度传播，因此与相对论并不矛盾。 导波理论仍然是对量子力学的几种解释之一。 到目前为止，在导波理论的预测和量子力学的标准解释之间没有发现实验差异。

在他 1926 年的出版物中 马克斯·伯恩 提出薛定谔波动方程的波函数是检测到粒子的概率密度。 正是出于这个想法，德布罗意发展了导波理论并发展了导波函数。 他最初提出了一种双解方法，其中量子对象包含真实空间中的物理波（u 波），该物理波具有导致类粒子行为的球形奇异区域。 在这种最初的理论形式中，研究人员没有假设存在量子粒子。 他后来制定了导波理论，并在 1927 年著名的索尔维会议上提出了它。 沃尔夫冈·保利 然而，他认为这样的模型对于非弹性粒子散射是不正确的。 德布罗意没有找到

对这个答案，很快就放弃了先导波的概念。 他从未发展过他的理论来涵盖随机性。

许多粒子。

1952 年，大卫·玻姆重新发现了导波理论。 德布罗意-玻姆理论最终被公认为对量子力学的正确解释，并且代表了迄今为止最流行的哥本哈根解释的一个严肃的替代方案。 重要的是，它没有干扰量子力学标准解释的测量悖论。

粒子的位置和动量是潜在变量，因为每个粒子在任何给定时间都具有明确定义的坐标和动量。 然而，不可能同时测量这两个量，因为对一个量的每次测量都会扰动另一个的值——根据 海森堡测不准原理. 这组粒子具有根据薛定谔方程演化的相应物质波。 每个粒子都遵循由导波控制的确定性轨迹。 总之，粒子的密度对应于波函数振幅的高度。 波函数独立于粒子，可以作为空波函数存在。

在哥本哈根的解释中，粒子在被观察到之前没有固定的位置。 在波浪理论中

粒子的引导位置是明确定义的，但这对整个物理学有各种严重的后果 - 因此

这个理论也不是很流行。 但是，它允许您解释 EmDrive 的工作原理。

NASA 研究小组在 2016 年 XNUMX 月的出版物中写道：“如果介质可以传递声学振动，那么它的组件可以相互作用并传递动量。这违反了牛顿运动定律。”

显然，这种解释的后果之一是 EmDrive 会移动，就好像从宇宙中“推开”一样。

 EmDrive 不应该违反物理定律...

……普利茅斯大学的 Mike McCulloch 说，他提出了一种新理论，该理论提出了一种不同的思考方式，即以非常小的加速度来考虑物体的运动和惯性。 如果他是对的，我们最终会将神秘的驱动器称为“非惯性”，因为它是惯性，即惯性，困扰着英国研究人员。

惯性是所有具有质量的物体的特征，对方向变化或加速度作出反应。 换句话说，质量可以被认为是惯性的量度。 虽然这在我们看来是一个众所周知的概念，但它的本质并不是那么明显。 麦卡洛克的概念是基于这样一个假设，即惯性是由广义相对论预测的一种效应引起的，称为 Unru辐射a 是作用在加速物体上的黑体辐射。 另一方面，我们可以说它在我们加速时增长。

关于 EmDrive McCulloch 的概念基于以下思想：如果光子有任何质量，它们在反射时必须经历惯性。 然而，在这种情况下，安鲁辐射非常小。 如此之小，以至于它可以与周围的环境进行交互。 对于 EmDrive，这是“引擎”设计的锥体。 锥体允许在较宽端具有一定长度的安鲁辐射，而在较窄端具有较短长度的辐射。 光子被反射，因此它们在腔室中的惯性必须改变。 并且根据动量守恒原理，与关于 EmDrive 的常见观点相反，在这种解释中没有违反，因此推力应该以这种方式产生。

麦卡洛克的理论，一方面消除了动量守恒的问题，另一方面，它在科学主流的边缘。 从科学的角度来看，假设光子具有惯性质量是有争议的。 此外，从逻辑上讲，光速应该在室内发生变化。 这是物理学家很难接受的。

它真的是一个字符串吗？

尽管 EmDrive 牵引研究取得了上述积极成果，但批评者仍然反对它。 他们指出，与媒体报道相反，NASA 尚未证明该引擎确实有效。 例如，绝对有可能 实验误差除其他外，由构成推进系统部分的材料蒸发引起。

批评者认为，两个方向的电磁波强度实际上是相等的。 我们正在处理不同宽度的容器，但这并没有改变任何东西，因为从较宽的一端反射回来的微波不仅落在较窄的底部，而且还落在墙壁上。 例如，怀疑论者考虑用气流产生轻微的推力，但美国宇航局在真空室测试后排除了这一点。 与此同时，其他科学家谦虚地接受了新数据，寻找一种有意义的方式将其与动量守恒原理相协调。

有人怀疑这个实验区分了发动机的比推力和用电流处理的系统的热效应（9）。 在 NASA 的实验装置中，非常大量的热能进入圆柱体，这会改变质量分布和重心，从而在测量装置中检测到 EmDrive 推力。

9. 测试期间系统的热图像

EmDrive 爱好者这么说 除其他外，秘密在于锥形圆柱体的形状这就是为什么这条线刚刚出现。 怀疑论者回答说，用普通气缸测试不可能的执行器是值得的。 因为如果在这种传统的非锥形设计中存在推力，它将破坏关于 EmDrive 的一些“神秘”说法，并且还会支持对“不可能引擎”的已知热效应在工作中起作用的怀疑。实验装置。

由 NASA 的 Eagleworks 实验测量的发动机“性能”也值得怀疑。 当使用 40 W 时，推力是在 40 微米的水平上测量的 - 在正负 20 微米内。 这是 50% 的错误。 将功率增加到 60 瓦后，性能测量变得更加不准确。 然而，即使我们从表面上看这些数据， 新型驱动器的每千瓦电力所产生的功率仅为 NSTAR 或 NEXT 等先进离子推进器可实现的功率的十分之一。

怀疑论者呼吁进行进一步、更彻底，当然还有独立的测试。 他们回忆起 EmDrive 字符串早在 2012 年就出现在中国实验中，在改进实验和测量方法后消失了。

轨道上的真相检查

驱动器是否与谐振室一起工作的问题的最终（？）答案是由上述 Guido Fett 构想的——这个概念的变体的发明者称为 卡纳驱动器. 在他看来，怀疑者和批评者将通过将由该发动机提供动力的卫星送入轨道而闭嘴。 当然，如果 Cannae Drive 真的发射了一颗卫星，它就会关闭。

一个 6 个 CubeSat 单位大小的探测器（即大约 10 × 20 × 30 cm）应该被提升到 241 km 的高度，它会在那里停留大约半年。 这种尺寸的传统卫星在大约六周内耗尽校正燃料。 太阳能 EmDrive 将消除此限制。

为了制造该设备，Cannae Inc. 由 Fetta, Inc. 运营。 与 LAI International 和 SpaceQuest Ltd 成立了一家公司，具有作为备件供应商的经验，包括。 用于航空和微型卫星制造商。 如果一切顺利，那么 us修斯，因为这是新企业的名称，可能会在 2017 年发射第一颗 EmDrive 微型卫星。

芬兰人说，它们不过是光子。

在 NASA 的结果发表前几个月，同行评审期刊 AIP Advances 发表了一篇关于有争议的 EmDrive 引擎的文章。 其作者，赫尔辛基大学的物理学教授 Arto Annila、于韦斯屈莱大学的有机化学博士 Erkki Kolehmainen 和 Comsol 的物理学家 Patrick Grahn 认为 EmDrive 因从封闭腔室释放光子而获得推力.

安妮拉教授是著名的自然力研究人员。 他在著名期刊上发表了近 XNUMX 篇论文。 他的理论已在暗能量和暗物质、进化、经济学和神经科学的研究中得到应用。 Annila 是绝对的：EmDrive 就像任何其他引擎一样。 消耗燃料并产生推力。

在燃料方面，一切对每个人来说都很简单明了——微波被传送到发动机。 问题是从里面什么也看不出来，所以人家以为是引擎不灵了。 那么，怎么可能会产生无法察觉的东西呢？ 光子在腔室中来回反弹。 其中一些以相同的方向和相同的速度行进，但它们的相位相差 180 度。 因此，如果它们以这种配置行进，它们就会抵消彼此的电磁场。 这就像水波在一个偏移时一起移动，从而相互抵消。 水并没有消失，它还在那里。 同样，携带动量的光子不会消失，即使它们作为光不可见。 如果波不再具有电磁特性，因为它们已被消除，那么它们就不会从腔室的壁上反射，也不会离开腔室。 因此，由于光子对，我们有一个驱动器。

一艘沉浸在相对时空中的船

著名物理学家詹姆斯·F·伍德沃德（10) 另一方面，认为新型推进装置运作的物理基础是所谓的 伏击玛哈. 伍德沃德根据马赫原理制定了一个非局部数学理论。 然而，最值得注意的是，他的理论是可验证的，因为它预测了物理效应。

伍德沃德说，如果任何给定系统的质能密度随时间变化，则该系统的质量变化量与相关系统密度变化的二阶导数成正比。

例如，如果一个 1 kg 的陶瓷电容器用一个以 10 kHz 的频率变化并传输功率（例如 100 W）的正电压（有时是负电压）充电一次 - 伍德沃德的理论预测电容器的质量应该改变 ±在 10 kHz 的频率下，其原始质量值周围 20 毫克。 这一预测已在实验室得到证实，从而马赫原理得到了经验证实。

恩斯特·马赫认为，物体的均匀运动不是相对于绝对空间，而是相对于宇宙中所有其他物体的质心。 一个物体的惯性是它与其他物体相互作用的结果。 根据许多物理学家的说法，马赫原理的完全实现将证明时空几何完全依赖于宇宙中的物质分布，与之相对应的理论将是相对时空理论。

从视觉上看，EmDrive 引擎的这个概念可以比作在海洋中划船。 而这片海洋就是宇宙。 这种运动或多或少会像桨一样潜入构成宇宙的水中并排斥它自己。 而关于这一切最有趣的是，物理学现在处于这样一种状态，以至于这些隐喻看起来根本不像科幻小说和诗歌。

不仅是 EmDrive，还是未来的空间驱动器

虽然 Scheuer 引擎只提供了很小的推动力，但它已经在太空旅行中拥有广阔的未来，将我们带到火星和更远的地方。 然而，这并不是真正快速高效的航天器引擎的唯一希望。 这里还有一些概念：

•  核动力. 它将包括发射原子弹并用“桶”将其爆炸力指向船尾。 核爆炸将产生一种冲击力，“推动”飞船前进。 一种非爆炸性选择是使用溶解在水中的盐裂变材料，例如溴化铀。 这种燃料储存在一排容器中，由一层耐用材料相互隔开，并添加了硼，经久耐用

  一种中子吸收器，可防止它们在容器之间流动。 当我们启动发动机时，所有容器中的材料结合，从而引起连锁反应，盐在水中的溶液变成等离子体，从而使火箭喷嘴受到磁场的保护，免受等离子体的巨大温度影响，提供恒定的推力。 据估计，这种方法可以将火箭加速到 6 m/s 甚至更高。 然而，使用这种方法，需要大量的核燃料——对于一艘重达一千吨的船来说，这将是一万吨之多。 吨铀。

• 使用氘的聚变引擎. 产生推力的温度约为 500 亿摄氏度的等离子体对设计人员来说是一个严重的问题，例如排气喷嘴。 但是，这种情况下理论上可以达到的速度接近光速的十分之一，即最多 30 XNUMX。 公里/秒。 但是，此选项在技术上仍然不可行。
• 反物质. 这个奇怪的东西确实存在——在 CERN 和费米实验室，我们设法使用收集环收集了大约一万亿个反质子，或一皮克的反物质。 从理论上讲，反物质可以储存在所谓的彭宁陷阱中，其中的磁场可以防止它与容器壁发生碰撞。 普通的反物质湮灭

  用一种物质，例如用氢，从磁阱中的高能等离子体中产生巨大的能量。 理论上，由物质和反物质的湮灭能量驱动的车辆可以加速到光速的 90%。 然而，在实践中，反物质的生产极其困难且昂贵。 一个给定的批次生产所需的能源是其以后生产的能源的一千万倍。

• 太阳帆. 这是一个众所周知的驱动概念，但仍在等待，至少是暂时的，以实现。 帆将使用爱因斯坦描述的光电效应运行。 但是，它们的表面必须非常大。 帆本身也必须非常薄，这样结构才不会过重。
• 驱动器 . 幻影师说，它足以……扭曲空间，这实际上缩短了车辆与目的地之间的距离，并增加了后面的距离。 因此，乘客自己只移动了一点，但在“气泡”中他克服了很大的距离。 听起来很神奇，美国宇航局的科学家们一直在认真地进行实验。

  对光子的影响。 1994 年，物理学家 Miguel Alcubierre 博士提出了一个描述这种发动机如何工作的科学理论。 事实上，这将是某种技巧——它不会以超过光速的速度移动，而是会改变时空本身。 不幸的是，不要指望很快就能拿到光盘。 它的许多问题之一是以这种方式推进的船将需要负能量为其提供动力。 的确，这种能量在理论物理学中是众所周知的——真空作为一望无际的负能量粒子海洋的理论模型是由英国物理学家保罗·狄拉克于1930年首先提出来解释预测的负能量量子的存在的。状态。 根据相对论电子的狄拉克方程。

  在经典物理学中，假设自然界中只有正能量的解，负能量的解是没有意义的。 然而，狄拉克方程假设负解可以从“正常”正粒子产生的过程的存在，因此不能被忽略。 然而，我们不知道是否可以在我们可用的现实中创造负能量。

  驱动的实现存在很多问题。 沟通似乎是最重要的一项。 例如，不知道一艘船如何与周围的时空区域通信，以超过光速的速度移动？ 这也将防止驱动器跳闸或启动。