美国宇航局的工程师没有用不可能的引擎破坏物理学

许多发烧友曾提议使用“不可能的太空引擎”进行星际旅行，但要想实现“不可能快速”的星际飞船，还有很长一段路要走，要么是自欺欺人的自欺欺人，要么是在一个有争议的、复杂的装置中有着无法解释的推力。(NASA Eagleworks公司的马克·雷德梅克)

几个世纪以来，自从我们意识到我们能在夜空中看到的每一颗恒星都是太阳，就像我们自己的⁠一样--可能拥有自己的太阳系、行星，甚至生命的⁠--人类一直梦想跨越天际的距离，将我们与最终的外星目的地隔开。即使是最近的恒星也有超过四光年的距离，而人类创造的宇宙飞船所达到的最快速度，由美国宇航局的朱诺任务所达到的速度，只有74公里/秒(46英里/秒)。即使以这种速度，也要花4，000多年才能到达最近的恒星。

有两个限制因素：我们目前的技术极限和物理定律。激光帆、核能(而不是化学)推进、反物质或暗物质的产生和控制等领域的进步，可能会带来一项改变游戏规则的技术突破，但似乎遥遥无期。但是，无视物理学的技术，尽管经常被大众媒体吹捧，从根本上说是有缺陷的。这是你需要知道的一切。

电磁力、弱力、强力和引力是已知存在于这个宇宙中的四种基本力，据我们的实验和观测所知，这四种力的对称性和守恒量似乎是不可侵犯的。(马氏管理大学)

宇宙中有四种基本力：引力、电磁力和强弱核力。第一种力是用广义相对论来描述的，这是我们创造出的最好的引力理论，并且通过了我们所做过的每一次观测或实验测试。后三个由标准模型描述，它精细地描述了所有已知的粒子及其相互作用，通过了我们设计的每一个经典和量子测试，从地球能量到我们所获得的最高能量。

尽管未来的技术可能会释放太空旅行的核力量的潜力，⁠--通过裂变、核聚变，甚至消灭外来粒子--我们周围的正常、稳定的物质--我们所有的常规推进技术都依赖于某种基于化学或电磁学的相互作用或反应。

1992年哥伦比亚号航天飞机的发射表明，火箭的加速度不仅是瞬间的，而且会持续很长一段时间，跨越许多分钟。对于一艘能够到达另一颗恒星系统的星际飞船来说，与火箭相比，我们今天所拥有的实际限制意味着一次旅行必然跨越人类的几代人，需要一项非常先进的技术。或者依赖于违反已知物理定律的反应。(美国航天局)

电磁力令人难以置信地被很好地理解。可以说，这是所有基本力量中最能被理解的。经典上，它被麦克斯韦方程描述得很好；量子电动力学(QED)理论准确地描述了光子和/或带电粒子相互作用的任何行为。即使考虑到我们做过的每一个实验：

• 在低能量状态下，
• 在高能量状态下，
• 外加电场或磁场，
• 在加速器中产生的粒子，
• 在核反应中产生的粒子，
• 来自宇宙射线的粒子，
• 单粒子相互作用，
• 有很多粒子系统，
• 即使我们涉及到奇异粒子，

电磁相互作用始终与理论预测完全一致。这是一次壮观的观测和实验测量，证实并验证了我们在所有科学领域中最伟大的理论之一。

2014年大型强子对撞机高能碰撞产生的粒子轨迹。这些实验的动量和能量守恒比任何其他实验都要有力得多。(PCHARITO/维基媒体共用)

电磁学的一些理论预测对于在基本水平上描述我们的宇宙是非常重要的。这个理论有一定的对称性，这意味着粒子或系统的设置有某些性质，我们可以随意改变，而不改变物理上会发生的事情。例如：

• 电磁学分别服从C、P和T对称性：粒子和反粒子(C)，粒子及其镜像(P)，以及在时间上向前或向后移动的粒子(T)都遵循相同的规则。
• 电磁学遵循单个电荷的连续性方程：总电荷和总磁电荷(不知道存在，但理论上可能)都是守恒的。
• 和电磁学具有一定的时空对称性。平移时间不变性意味着能量总是守恒；旋转空间对称性意味着角动量总是守恒；平移空间对称性意味着线性动量总是守恒。

如果一个理论不是相对论性不变的，不同的参照系，包括不同的位置和运动，就会看到不同的物理定律(在现实上也会有不同的看法)。事实上，我们在“升力”或速度变换下是对称的，这告诉我们我们有一个守恒量：线性动量。理论在任何坐标或速度变换下都是不变的，这就是洛仑兹不变性，而任何洛仑兹不变对称都是CPT对称性的守恒。然而，C、P和T(以及CP、CT和PT的组合)都可能被单独违反。(维基媒体共用用户Krea)

所有这些对称性及其相应的守恒律都是由一个单一的数学定理：Noether定理产生的。它指出，对于理论的每一个物理对称性，都必须有一个相关联的守恒量。如果在空间的某一特定点有一个量会发生变化，那么这个量必须有进出这个空间的流量，并且这两个量的变化时间必须平衡。

例如，给定空间体积中的电荷只有在电流(随时间变化的电荷流)进入或流出该空间时才会发生变化，而电荷的差异将取决于电流的大小和它流动的时间，无论是进进出出，还是两者的混合。

一个空间内的电荷总量总是守恒的，直到电流通过正或负电通量流入或流出系统的电荷为止：电流通过系统的边界随时间传播。这种守恒定律在电磁相互作用中是绝对的。(NICOGUARO/维基媒体共用)

现在，我们每隔几年就会有一种说法，一些发明家、工程师、修补者或边缘科学家宣布，他们已经提出、申请了专利，或者发明了一种违反物理学定律的装置。具体来说，被违反的总是同一条定律：动量守恒定律。如果这一法律被违反，这意味着以下三种对称性毕竟是不保守的：

1. 平移空间对称性是不守恒的，这意味着宇宙中不同位置的物理定律是不同的。
2. 洛伦兹不变性被打破，这意味着物理定律违反了相对论；不同参照系的观察者会看到不同的物理定律。
3. 牛顿第三定律指出，每一个动作都有一个相等的和相反的反作用力，它也必须被违反。

如果所有这些都是真的，你可能真的能够在没有燃料的情况下产生推力，从而无限期地为飞船提供动力，船上只有有限的材料。

无论提出何种类型或设计的火箭，为了保持动力，总是需要某种类型的推进剂。在适当考虑电场和磁场的情况下，EM驱动器看起来不再是一个可行的选择。(NASA/MSFC)

理论上，如果你研究破坏这些对称性的后果事情很快就会变得很糟糕。这意味着，如果你从外部观察一个系统，你可以看到它的总动量变化，而不发射任何动量携带粒子。这意味着不同参照系的观察者将看到总动量以不同的量变化，这意味着能量守恒也受到了破坏。

然而，在加速器和粒子探测器上进行的非常详细的实验在所有能量以及我们在实验室中创造的所有条件下都没有违反这些守恒定律。这些规则中有许多是从非相对论能量到真空中超过光速99.99999%的速度测试的，而这些对称性可以维持在8到12位数之间。总之，它们是非常非常好的对称性，它们甚至没有显示出任何被侵犯的迹象。

高能粒子可以与其他粒子碰撞，产生大量的新粒子，可以在探测器中看到。通过重建能量、动量和其他属性，我们可以确定最初碰撞的是什么，以及在这个事件中产生了什么。动量和能量总是守恒的，不管进出粒子的移动速度有多近，这表明即使在不断变化的相对论性条件下，能量和动量也是多么的守恒。(费米)

问题不在于这些法律不能被实验推翻，它们当然可以。问题是物理学家们用很多不同的方式进行了如此多的实验，如此小心，如此精确地验证了它们。这些守恒定律已经被证实，每一个引力，机械，电磁和量子的相互作用，他们总是坚持。在任何情况下，动量、洛伦兹不变性和牛顿第三定律都是守恒的。

现在，有人声称，一台发动机，它所依赖的只不过是一个简单的电磁或机械动力源，它颠覆了所有的物理。像冷融合. 就像EM驱动器. 就像任何永动机一样..或者，就像最近的荒谬，大卫·伯恩斯螺旋发动机.

长期以来，永动机一直是修补者和发明家的圣杯，但它违反了物理学定律，包括牛顿第三定律和热力学定律。伯恩斯的新“螺旋引擎”只是自欺欺人进入主流科学讨论的最新例子。(诺曼·洛克威尔/科普)

伯恩斯的观点的细节有根本的缺陷，在非物理学家中是非常普遍的。(伯恩斯拥有电气工程博士学位。)他认为，如果你把一个圆环放在一个盒子里，让它在两堵墙之间来回弹跳，那么每一次完美的弹性碰撞都会给盒子的容器带来动力。然后他指出，当物体以相对论(近光速)的速度运动时，它们会获得质量(在狭义相对论的一种解释中)。因此，如果你在一个方向上加速，相对于盒子内的另一个方向，它应该有更多的质量，当它向那个方向移动时，它会优先加速这个盒子的前进方向。这就是原则。

在实践中，伯恩斯设想把盒子和圆环换成螺旋形加速器，在一个更好的方向产生净推力。这是他的大主意，已经被流行的商店覆盖了，比如新科学家和科学警报.

从大卫·伯恩斯的PowerPoint演示文稿中的幻灯片11中，可以看到他假想的螺旋驱动背后的理论推理。报告称，“推进剂不是从发动机喷出的，而是被捕获以产生几乎无限的特定冲动”，这违反了已知的物理定律。当应用正确的定律时，无推力推进(和动量守恒的相称性破坏)就不会发生。(David Burns/NASA MSFC)

问题在于，这一观点依赖于对特殊相对论的根本误解。诚然，当你加速接近光速的物体时，同样的加速度(或推力)会使你的速度增加得更小；牛顿的第二定律F =ma在特殊相对论中不起作用。任何物体都不可能以光速运动，所以当你继续对一个相对论性物体施加力时，就好像你在增加它的质量，而不仅仅是它的速度。对于物体的质量和速度，不同的观察者会有不同的看法。

但如果你把牛顿第二定律写下来F =dp/dt，在哪里p是动量，这确实有效(对所有观察者都是如此)，甚至在特别相对论中也是如此。如果烧伤已适当地解释了总动量在盒+环系统中，必须包括加速盒内各个部件(如环)所需的外场和力的能量/动量，他会注意到，即使在相对论性变换和完全弹性的环/盒碰撞下，总动量也不会改变。

相反，他单独检查了戒指，这导致了他的数学错误和他站不住脚的结论。事实上，以前在粒子对撞机上进行的固定目标实验已经证明了动量的守恒，这与伯恩斯的预期相反。他的主意一到就死定了。

SPR有限公司的电磁驱动装置。请注意这个装置所固有的大量电线和线圈，它们因产生磁场而臭名昭著。最初被认为是“反常推力”的原因是外部载流导线产生的电磁场与电磁驱动器内部电磁场的相互作用。当所有的事情都有了正确的解释，就没有异常现象持续存在。(Roger Shawyer/SPR Ltd.)

所有声称某一装置可能或已经违反了这些保护法律的说法，可分为两类之一：欺诈或自欺欺人。研究人员要么是故意愚弄你自己，要么是无意地欺骗自己，可能是因为他们在理论上犯了一个错误，他们无法确定自己的身份，或者通过建立一个正在经历他们无法识别的交互作用的设备。当更好、更谨慎、无错误的科学出现时，理论效应就消失了，而/或实验效应就会被已知的、已经存在的物理学所解释。

几乎可以肯定的是，冷聚变的说法是欺骗性的；不可能的太空引擎或永动机的说法更多的是自我欺骗。如果这些守恒定律被真正违反，它将是一个精确的物理实验来揭示它，因为这是我们在基本水平上对自然最好的测试。伯恩斯曾说过，当你提出这样的想法时，“你必须做好尴尬的准备”。我希望他已经准备好了。

但更重要的是，我希望你这个好奇的外行人，准备好对所有这样的说法持难以置信的怀疑态度。即使是世界上最聪明的人，也会以惊人的频率自欺欺人。在审议下一项特别索赔之前，要求提供必要的特别证据。很有可能已经确立的物理定律将继续延续下去。