許多發(fā)燒友曾提議使用“不可能的太空引擎”進(jìn)行星際旅行，但要想實(shí)現(xiàn)“不可能快速”的星際飛船，還有很長(zhǎng)一段路要走，要么是自欺欺人的自欺欺人，要么是在一個(gè)有爭(zhēng)議的、復(fù)雜的裝置中有著無法解釋的推力。(NASA Eagleworks公司的馬克·雷德梅克)
幾個(gè)世紀(jì)以來，自從我們意識(shí)到我們能在夜空中看到的每一顆恒星都是太陽，就像我們自己的?一樣--可能擁有自己的太陽系、行星，甚至生命的?--人類一直夢(mèng)想跨越天際的距離，將我們與最終的外星目的地隔開。即使是最近的恒星也有超過四光年的距離，而人類創(chuàng)造的宇宙飛船所達(dá)到的最快速度，由美國宇航局的朱諾任務(wù)所達(dá)到的速度，只有74公里/秒(46英里/秒)。即使以這種速度，也要花4，000多年才能到達(dá)最近的恒星。
有兩個(gè)限制因素：我們目前的技術(shù)極限和物理定律。激光帆、核能(而不是化學(xué))推進(jìn)、反物質(zhì)或暗物質(zhì)的產(chǎn)生和控制等領(lǐng)域的進(jìn)步，可能會(huì)帶來一項(xiàng)改變游戲規(guī)則的技術(shù)突破，但似乎遙遙無期。但是，無視物理學(xué)的技術(shù)，盡管經(jīng)常被大眾媒體吹捧，從根本上說是有缺陷的。這是你需要知道的一切。
電磁力、弱力、強(qiáng)力和引力是已知存在于這個(gè)宇宙中的四種基本力，據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)所知，這四種力的對(duì)稱性和守恒量似乎是不可侵犯的。(馬氏管理大學(xué))
宇宙中有四種基本力：引力、電磁力和強(qiáng)弱核力。第一種力是用廣義相對(duì)論來描述的，這是我們創(chuàng)造出的最好的引力理論，并且通過了我們所做過的每一次觀測(cè)或?qū)嶒?yàn)測(cè)試。后三個(gè)由標(biāo)準(zhǔn)模型描述，它精細(xì)地描述了所有已知的粒子及其相互作用，通過了我們?cè)O(shè)計(jì)的每一個(gè)經(jīng)典和量子測(cè)試，從地球能量到我們所獲得的最高能量。
盡管未來的技術(shù)可能會(huì)釋放太空旅行的核力量的潛力，?--通過裂變、核聚變，甚至消滅外來粒子--我們周圍的正常、穩(wěn)定的物質(zhì)--我們所有的常規(guī)推進(jìn)技術(shù)都依賴于某種基于化學(xué)或電磁學(xué)的相互作用或反應(yīng)。
1992年哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)的發(fā)射表明，火箭的加速度不僅是瞬間的，而且會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間，跨越許多分鐘。對(duì)于一艘能夠到達(dá)另一顆恒星系統(tǒng)的星際飛船來說，與火箭相比，我們今天所擁有的實(shí)際限制意味著一次旅行必然跨越人類的幾代人，需要一項(xiàng)非常先進(jìn)的技術(shù)?；蛘咭蕾囉谶`反已知物理定律的反應(yīng)。(美國航天局)
電磁力令人難以置信地被很好地理解。可以說，這是所有基本力量中最能被理解的。經(jīng)典上，它被麥克斯韋方程描述得很好；量子電動(dòng)力學(xué)(QED)理論準(zhǔn)確地描述了光子和/或帶電粒子相互作用的任何行為。即使考慮到我們做過的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)：
電磁相互作用始終與理論預(yù)測(cè)完全一致。這是一次壯觀的觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)測(cè)量，證實(shí)并驗(yàn)證了我們?cè)谒锌茖W(xué)領(lǐng)域中最偉大的理論之一。
2014年大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)高能碰撞產(chǎn)生的粒子軌跡。這些實(shí)驗(yàn)的動(dòng)量和能量守恒比任何其他實(shí)驗(yàn)都要有力得多。(PCHARITO/維基媒體共用)
電磁學(xué)的一些理論預(yù)測(cè)對(duì)于在基本水平上描述我們的宇宙是非常重要的。這個(gè)理論有一定的對(duì)稱性，這意味著粒子或系統(tǒng)的設(shè)置有某些性質(zhì)，我們可以隨意改變，而不改變物理上會(huì)發(fā)生的事情。例如：
如果一個(gè)理論不是相對(duì)論性不變的，不同的參照系，包括不同的位置和運(yùn)動(dòng)，就會(huì)看到不同的物理定律(在現(xiàn)實(shí)上也會(huì)有不同的看法)。事實(shí)上，我們?cè)凇吧Α被蛩俣茸儞Q下是對(duì)稱的，這告訴我們我們有一個(gè)守恒量：線性動(dòng)量。理論在任何坐標(biāo)或速度變換下都是不變的，這就是洛侖茲不變性，而任何洛侖茲不變對(duì)稱都是CPT對(duì)稱性的守恒。然而，C、P和T(以及CP、CT和PT的組合)都可能被單獨(dú)違反。(維基媒體共用用戶Krea)
所有這些對(duì)稱性及其相應(yīng)的守恒律都是由一個(gè)單一的數(shù)學(xué)定理：Noether定理產(chǎn)生的。它指出，對(duì)于理論的每一個(gè)物理對(duì)稱性，都必須有一個(gè)相關(guān)聯(lián)的守恒量。如果在空間的某一特定點(diǎn)有一個(gè)量會(huì)發(fā)生變化，那么這個(gè)量必須有進(jìn)出這個(gè)空間的流量，并且這兩個(gè)量的變化時(shí)間必須平衡。
例如，給定空間體積中的電荷只有在電流(隨時(shí)間變化的電荷流)進(jìn)入或流出該空間時(shí)才會(huì)發(fā)生變化，而電荷的差異將取決于電流的大小和它流動(dòng)的時(shí)間，無論是進(jìn)進(jìn)出出，還是兩者的混合。
一個(gè)空間內(nèi)的電荷總量總是守恒的，直到電流通過正或負(fù)電通量流入或流出系統(tǒng)的電荷為止：電流通過系統(tǒng)的邊界隨時(shí)間傳播。這種守恒定律在電磁相互作用中是絕對(duì)的。(NICOGUARO/維基媒體共用)
現(xiàn)在，我們每隔幾年就會(huì)有一種說法，一些發(fā)明家、工程師、修補(bǔ)者或邊緣科學(xué)家宣布，他們已經(jīng)提出、申請(qǐng)了專利，或者發(fā)明了一種違反物理學(xué)定律的裝置。具體來說，被違反的總是同一條定律：動(dòng)量守恒定律。如果這一法律被違反，這意味著以下三種對(duì)稱性畢竟是不保守的：
如果所有這些都是真的，你可能真的能夠在沒有燃料的情況下產(chǎn)生推力，從而無限期地為飛船提供動(dòng)力，船上只有有限的材料。
無論提出何種類型或設(shè)計(jì)的火箭，為了保持動(dòng)力，總是需要某種類型的推進(jìn)劑。在適當(dāng)考慮電場(chǎng)和磁場(chǎng)的情況下，EM驅(qū)動(dòng)器看起來不再是一個(gè)可行的選擇。(NASA/MSFC)
理論上，如果你研究破壞這些對(duì)稱性的后果事情很快就會(huì)變得很糟糕。這意味著，如果你從外部觀察一個(gè)系統(tǒng)，你可以看到它的總動(dòng)量變化，而不發(fā)射任何動(dòng)量攜帶粒子。這意味著不同參照系的觀察者將看到總動(dòng)量以不同的量變化，這意味著能量守恒也受到了破壞。
然而，在加速器和粒子探測(cè)器上進(jìn)行的非常詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)在所有能量以及我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中創(chuàng)造的所有條件下都沒有違反這些守恒定律。這些規(guī)則中有許多是從非相對(duì)論能量到真空中超過光速99.99999%的速度測(cè)試的，而這些對(duì)稱性可以維持在8到12位數(shù)之間。總之，它們是非常非常好的對(duì)稱性，它們甚至沒有顯示出任何被侵犯的跡象。
高能粒子可以與其他粒子碰撞，產(chǎn)生大量的新粒子，可以在探測(cè)器中看到。通過重建能量、動(dòng)量和其他屬性，我們可以確定最初碰撞的是什么，以及在這個(gè)事件中產(chǎn)生了什么。動(dòng)量和能量總是守恒的，不管進(jìn)出粒子的移動(dòng)速度有多近，這表明即使在不斷變化的相對(duì)論性條件下，能量和動(dòng)量也是多么的守恒。(費(fèi)米)
問題不在于這些法律不能被實(shí)驗(yàn)推翻，它們當(dāng)然可以。問題是物理學(xué)家們用很多不同的方式進(jìn)行了如此多的實(shí)驗(yàn)，如此小心，如此精確地驗(yàn)證了它們。這些守恒定律已經(jīng)被證實(shí)，每一個(gè)引力，機(jī)械，電磁和量子的相互作用，他們總是堅(jiān)持。在任何情況下，動(dòng)量、洛倫茲不變性和牛頓第三定律都是守恒的。
現(xiàn)在，有人聲稱，一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，它所依賴的只不過是一個(gè)簡(jiǎn)單的電磁或機(jī)械動(dòng)力源，它顛覆了所有的物理。像冷融合. 就像EM驅(qū)動(dòng)器. 就像任何永動(dòng)機(jī)一樣..或者，就像最近的荒謬，大衛(wèi)·伯恩斯螺旋發(fā)動(dòng)機(jī).
長(zhǎng)期以來，永動(dòng)機(jī)一直是修補(bǔ)者和發(fā)明家的圣杯，但它違反了物理學(xué)定律，包括牛頓第三定律和熱力學(xué)定律。伯恩斯的新“螺旋引擎”只是自欺欺人進(jìn)入主流科學(xué)討論的最新例子。(諾曼·洛克威爾/科普)
伯恩斯的觀點(diǎn)的細(xì)節(jié)有根本的缺陷，在非物理學(xué)家中是非常普遍的。(伯恩斯擁有電氣工程博士學(xué)位。)他認(rèn)為，如果你把一個(gè)圓環(huán)放在一個(gè)盒子里，讓它在兩堵墻之間來回彈跳，那么每一次完美的彈性碰撞都會(huì)給盒子的容器帶來動(dòng)力。然后他指出，當(dāng)物體以相對(duì)論(近光速)的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們會(huì)獲得質(zhì)量(在狹義相對(duì)論的一種解釋中)。因此，如果你在一個(gè)方向上加速，相對(duì)于盒子內(nèi)的另一個(gè)方向，它應(yīng)該有更多的質(zhì)量，當(dāng)它向那個(gè)方向移動(dòng)時(shí)，它會(huì)優(yōu)先加速這個(gè)盒子的前進(jìn)方向。這就是原則。
在實(shí)踐中，伯恩斯設(shè)想把盒子和圓環(huán)換成螺旋形加速器，在一個(gè)更好的方向產(chǎn)生凈推力。這是他的大主意，已經(jīng)被流行的商店覆蓋了，比如新科學(xué)家和科學(xué)警報(bào).
從大衛(wèi)·伯恩斯的PowerPoint演示文稿中的幻燈片11中，可以看到他假想的螺旋驅(qū)動(dòng)背后的理論推理。報(bào)告稱，“推進(jìn)劑不是從發(fā)動(dòng)機(jī)噴出的，而是被捕獲以產(chǎn)生幾乎無限的特定沖動(dòng)”，這違反了已知的物理定律。當(dāng)應(yīng)用正確的定律時(shí)，無推力推進(jìn)(和動(dòng)量守恒的相稱性破壞)就不會(huì)發(fā)生。(David Burns/NASA MSFC)
問題在于，這一觀點(diǎn)依賴于對(duì)特殊相對(duì)論的根本誤解。誠然，當(dāng)你加速接近光速的物體時(shí)，同樣的加速度(或推力)會(huì)使你的速度增加得更??；牛頓的第二定律F =ma在特殊相對(duì)論中不起作用。任何物體都不可能以光速運(yùn)動(dòng)，所以當(dāng)你繼續(xù)對(duì)一個(gè)相對(duì)論性物體施加力時(shí)，就好像你在增加它的質(zhì)量，而不僅僅是它的速度。對(duì)于物體的質(zhì)量和速度，不同的觀察者會(huì)有不同的看法。
但如果你把牛頓第二定律寫下來F =dp/dt，在哪里p是動(dòng)量，這確實(shí)有效(對(duì)所有觀察者都是如此)，甚至在特別相對(duì)論中也是如此。如果燒傷已適當(dāng)?shù)亟忉屃丝倓?dòng)量在盒+環(huán)系統(tǒng)中，必須包括加速盒內(nèi)各個(gè)部件(如環(huán))所需的外場(chǎng)和力的能量/動(dòng)量，他會(huì)注意到，即使在相對(duì)論性變換和完全彈性的環(huán)/盒碰撞下，總動(dòng)量也不會(huì)改變。
相反，他單獨(dú)檢查了戒指，這導(dǎo)致了他的數(shù)學(xué)錯(cuò)誤和他站不住腳的結(jié)論。事實(shí)上，以前在粒子對(duì)撞機(jī)上進(jìn)行的固定目標(biāo)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明了動(dòng)量的守恒，這與伯恩斯的預(yù)期相反。他的主意一到就死定了。
SPR有限公司的電磁驅(qū)動(dòng)裝置。請(qǐng)注意這個(gè)裝置所固有的大量電線和線圈，它們因產(chǎn)生磁場(chǎng)而臭名昭著。最初被認(rèn)為是“反常推力”的原因是外部載流導(dǎo)線產(chǎn)生的電磁場(chǎng)與電磁驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部電磁場(chǎng)的相互作用。當(dāng)所有的事情都有了正確的解釋，就沒有異常現(xiàn)象持續(xù)存在。(Roger Shawyer/SPR Ltd.)
所有聲稱某一裝置可能或已經(jīng)違反了這些保護(hù)法律的說法，可分為兩類之一：欺詐或自欺欺人。研究人員要么是故意愚弄你自己，要么是無意地欺騙自己，可能是因?yàn)樗麄冊(cè)诶碚撋戏噶艘粋€(gè)錯(cuò)誤，他們無法確定自己的身份，或者通過建立一個(gè)正在經(jīng)歷他們無法識(shí)別的交互作用的設(shè)備。當(dāng)更好、更謹(jǐn)慎、無錯(cuò)誤的科學(xué)出現(xiàn)時(shí)，理論效應(yīng)就消失了，而/或?qū)嶒?yàn)效應(yīng)就會(huì)被已知的、已經(jīng)存在的物理學(xué)所解釋。
幾乎可以肯定的是，冷聚變的說法是欺騙性的；不可能的太空引擎或永動(dòng)機(jī)的說法更多的是自我欺騙。如果這些守恒定律被真正違反，它將是一個(gè)精確的物理實(shí)驗(yàn)來揭示它，因?yàn)檫@是我們?cè)诨舅缴蠈?duì)自然最好的測(cè)試。伯恩斯曾說過，當(dāng)你提出這樣的想法時(shí)，“你必須做好尷尬的準(zhǔn)備”。我希望他已經(jīng)準(zhǔn)備好了。
但更重要的是，我希望你這個(gè)好奇的外行人，準(zhǔn)備好對(duì)所有這樣的說法持難以置信的懷疑態(tài)度。即使是世界上最聰明的人，也會(huì)以驚人的頻率自欺欺人。在審議下一項(xiàng)特別索賠之前，要求提供必要的特別證據(jù)。很有可能已經(jīng)確立的物理定律將繼續(xù)延續(xù)下去。
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