推翻牛顿定律？被媒体炒红的无工质，我们该如何看待？|原理|无工质微波推进器|牛顿定律|等离子体|粒子|量子

2016年11月17日，美国NASA约翰逊太空中心，通过实验证明的“电磁推进系统”（ EmDrive）论文正式发表——也就是说，将来进入宇宙的航天器，都有可能使用无燃料的推进器，也就是无工质微波推进器。

无工质——是不是有点眼熟？

是的，《三体2》中，超人气配角章北海主张的，人类“应该直接集中资源研究聚变发动机，而且应该越过工质型的，直接开发无工质聚变发动机”，为此不惜射杀主张研发工质推进器的负责人。也正因为他，后来的人类才能在宇宙中发展。

不过，这个对于科幻迷是好消息的消息，对于科学界却是一种颠覆——这意味着牛顿第三定律被推翻，从牛顿开始的整个经典物理学受到了挑战。

和你一样，许多科学家也对此也表示：这是“伪科学”！这是“民科”！

而这是不是伪科学呢？

让我们了解一下事情的来龙去脉，弄清楚了才有资格bb，对不对？

为什么说，无工质微波推进器违反物理定律了呢？

在EmDrive的设计中，封闭的截锥状的推力器腔体一端由微波通过波导被辐射进入，之后作用在腔体表面上，并沿推力器轴线产生净推力，不会向外排放任何物质。

这么看好像也没什么神奇的。

不过，想想我们看到的火箭是怎么发射的？

NASA将太空梭射上轨道，后面会绑着好几个橙色的“气罐”，里面装着供发动机燃烧需要的液态氢燃料和燃烧需要的氧气——这就是需要工质来提供推力，然后利用反推力得到向上的动力。就连他们的航天器中使用的离子推进器，也是通过使推进燃料（一般是氙气）离子化产生动力，向外喷射带电原子束。

而无工质微波推进器，不向外排出任何东西，这在牛顿第三定律（当两个物体相互作用时，彼此施加于对方的力大小相等、方向相反。）以及另一条经典力学定律——动量守恒的框架下是说不通的。

用一个比较形象的比喻就是：

拉着自己的头发往前跑。

那，无工质微波推进器靠谱吗？

这个，小编还真不好说。

为啥？不是连实验数据都出来了吗？

实验数据我们先放放，因为这并不能作为一锤定音的结果。

著名的【超光速中微子】的乌龙实验不也出现了明确的数据吗？

后来不是还是被啪啪啪打脸了？

为啥说不好说，因为整件事有几个不确定因素，无法让我们喜大普奔。

1，疑点 EmDrive的原理到底是什么？

不知道，全世界都不知道，甚至科学家们到现在都在为此吵架。

不要说NASA科学家无法给出原理，就连最新发明这个装置的英国著名“民科”代表人物：罗杰·索耶尔自己也说不清楚。

1999年他因为发明了这个装置成为了学术界的笑话。

然而，这个倔强boy没有放弃，对这项实验持续到2003年，称相对性推进器实验产生16毫牛顿推进力。

16毫牛顿是一种怎样的感受？学过高中物理的都知道，地面上1千克物体所受重力是9.8牛顿，而16毫牛顿那得是多小的力？

不过，这个装置实际上还是有很多人拥护的。

2006年，美国工程师Guido Fetta仿照EmDrive制作出一台原型机“Cannae Drive”。而同年，英国科学杂志《新科学人》也以EmDrive为封面，发表文章认为该装置似乎是可信的，然后，就被以写硬科幻文明的作家格雷格·伊根（《炽热》作者）狂喷，

就算是最近的NASA Eagleworks 实验室发表的论文，也说了：我不知道为啥会这样，不过我有一个理论猜想，不知道大家觉得对不对？

然后，这个理论就被打脸了。。。

具体如何打脸，那就要引出下面的疑点2了。

2，疑点 众说纷纭的猜测。

既然连发明者都说不出运行逻辑和原理，那么好吧，我们来猜猜看。而所有猜测，其实都是符合牛顿定律的。

假设1.量子真空虚拟等离子体论

这就是NASA被打脸的猜测。

Eagleworks 实验室认为，微波光子推动了“量子真空虚拟等离子体”（quantum vacuum virtual plasma）——一片在量子层面不断涌现又消失的翻滚的粒子海。而加州理工学院的物理学家 Sean Carroll 上来打脸，表示“虽然你说的很有道理，但‘量子真空虚拟等离子体’是不是存在都是个问题啊！”

假设2：马赫效应

这个逻辑是加州州立大学富尔顿分校的物理学家吉姆·伍德瓦德提出的。他于上世纪90年代率先阐释了马赫效应，即在加速物体所受的力中，有一部分力不会产生动能，而是会转化为势能储存在物体中。这会使物体的静止质量出现波动，从而产生科学家在实验中观察到的推力。

假设3：新的惯性理论

英国普利茅斯大学的物理学家 Mike McCulloch 认为，EmDrive 证明了一种新的惯性理论，这里面牵涉到盎鲁辐射，一名加速运动的观察者可以观测到惯性参考系中观察者无法看到的黑体辐射。据他描述，因为 EmDrive 的圆锥的顶和底的盎鲁辐射波长不同，所以当空腔中的光子来回弹射的时候，它们的惯性会改变，在动量守恒的情况下这会产生推进力。

3，疑点 科学同行对数据的认可了吗？

只能说，部分认可。

NASA Eagleworks 实验室这篇论文发表的期刊为《推进与动力杂志》，很多公众号说的很好听——“美国航空航天学会”期刊。

哇，猴赛雷哦！

但，大家都知道，期刊是有等级的，发表在校报和人民日报的文章肯定是不一样的。

而《推进与动力杂志》其实是同行评议期刊，通过同行评议并不能保证该论文的结果或观测是有效的。也就是说，这背后的含义是：我们做的这个实验结论出来了，有部分同行觉得这个实验木有错误哦！

看到了没，是部！分！同！行！

此外，在许多欧美权威学术期刊或者权威网站，对此也并没有发表什么重要意见。如《科学美国人》网站只在“一周物理学回顾”的网摘栏目里提到过几次，而且都对此表示怀疑；《自然》杂志更是提都没提。

如此说来，主流学术杂志对此还是持保留意见。

说到底，主要还是大家都不知道它的工作原理，万一随便说了，又被喷成狗了怎么办？

4，疑点 EmDrive到底有没有推力？

其实，这才是最关键的。

毕竟不管蔬菜是如何长出来，只要能给我们提供食物，那就是可以了。

我们来看一下历年来的试验数据.

除了2003年，罗杰·索耶尔“称相对性推进器实验产生16毫牛顿推进力”外，2013年

美国国家航空航天局在德州林顿·詹森太空中心就对Cannae Drive进行了试验，并在2014年公布了实验结果，实验数据显示，28瓦的电力产生30至50微牛顿的推力。

此次2016年的实验，“在接近真空（类似于太空）的环境下，他们把引擎放到一个叫做扭摆的装置上，启动引擎，通过它运行的距离他们预估EmDrive消耗每千瓦功率能够产生1.2毫牛的推进力。”

除了美国，英国也对此进行了试验。据英国《每日邮报》报导，美国国家航空航天局工程师鲍尔·马尔希（Paul March）表示在高度真空中，以一输入功率50W的相对性推进器产生50豪牛的推力。但当试图以反向测试验证时，其中一实验设备（120W RF 放大器）烧毁了，因为未能完成测试及得出实验报告。

德国德累斯顿工业大学教授在实验过程中测得了微小的推力，但当把被测试的EmDrive向垂直方向旋转90°、理论上应无推力的情况下，却测得相对大得多的推力，意味着实验中存在着干扰，因此得出无法证实相对性推进器能产生推力。

中国也没有做吃瓜群众。2010年西北工业大学一个叫杨涓的教授带领着一群科学家对此进行试验，在2013年制作出原型机，并发表公布测试结果：2.5千瓦电量产生720毫牛顿推进力。但因最后无法在一场同样的试验中重复之前的结果，之前的结果也被认为是有错误的。2016年，她们又做了一次试验，过程动用了较精细的设置，包括了发射微波的电源在推进器内外两不同情况。结果电源在外时测得了微小推力，但电源在内时却没有。因此推断在外部电源情况测得的推力是噪声所致——所以，中国的实验未得到任何可靠的试验结果和数据，某些公众号所说的“中国为EmDrive翻案”的结论太片面了，一场文字游戏而已。

5疑点NASA对这个实验的态度如何？

有人肯定会说了，人家实验都出来了，肯定是全力支持的啊！

但是《环球美国人中文版：环球科学》：EmDrive真的打破了牛顿定律？》这篇文章的最后，爆料出几个消息：

截至到（2016年11月28日），NASA 及约翰逊太空中心均未对此论文发表任何评论。
而2015年，NASA就已经表示 EmDrive 属于被媒体“炒热”的一项“小工作”。
据英国媒体 IBTimes 报道，Eagleworks 实验室已被 NASA 关闭，由于研究成果不受重视，该项目的核心人物之一 Paul March 在论文发表之前已决意离开。

▼知乎上一位匿名用户对我们这样描述NASA：