NASA，多少扯淡假汝之名！

早就听说过无工质引擎，但并没有在意：推翻了动量守恒原理，真·民科！好吧，又多了几个民科，so what? who cares?

没想到，美国航空航天局（NASA）也来蹚浑水，据说经过几年的同行评议，文章终于发表了[1]。这样一来，不仅民科嗨了，各种装懂不懂的科学新闻和科普文章也来凑热闹了[2]。好在大家现在都有点见识了，知道这玩意儿违背牛顿第三定律、动量守恒原理等一大堆摸不得、碰不得的基本物理规律，所以都要轻描淡写地驳斥一下，但是在我这个搞物理的看来，字里行间都是藏不住的喜悦。我觉得吧，也就是这帮民科欺负NASA不懂物理，但凡是个懂点大学物理的人，都不会被他们忽悠了。什么？这帮子人就是NASA的？德州休斯顿的NASA Johnson Space Center！哦，我明白了，难怪NASA不懂物理，敢情他早就招了一帮子民科。不是一家人，不进一家门！

现在这些科学新闻和科普文章都是不懂装懂的凑热闹，我绝对不是瞎说：每次出来个大新闻，他们只能是人云亦云，连个正儿八经的专家也找不到！现在都说这玩意儿发表了，没破绽，了不得！违反了基本物理定律，等着看热闹吧！其实他们谁能够知道这帮子人哪里做错了？瞎凑热闹！

今天我碰巧看到了这篇大作，就随便说说吧。不然这NASA还真的以为没有人懂点大学普通物理呢。

我们都知道火箭往前跑是因为它可以往身后喷火，其实就是把高温气体往身后吹，自己就往前跑了。在这个过程中，作用力等于反作用力，动量守恒，一点都不奇怪。今年4月份霍金瞎忽悠的那个“摄星计划”，也是要有物质给帮助的，只不过用的是光，光也是物质。

无工质引擎（em drive）为什么这么拽？就是因为他号称可以直接把能量转化为动力，而且不用任何物质，只要有能量就可以了。具体他怎么忽悠的，我就不多说了，他自己也是一团浆糊。反正他的卖点是，什么东西都不用，只要自己发功、消耗些能量，就可以往前跑。根据他们这次的文章，这个推动力大约是1mN/kW。

这个推动力非常小。1mN/kW，听着不怎么样，其实很了不起的。关键在于他只用能量，就可以得到推动力。有人说这是不是类似于光帆（类似于霍金忽悠的那玩意）？不是的。因为光的速度太大了，每秒钟30万公里，能量转化为推动力的理论上限是（功率W /光速c），大约是每千瓦3个微牛顿，小了三百倍。

这篇文章里，他们使用的是几十瓦的功率（40、60和80），所以得到的推力也就是几十个微牛顿。这么小的力很难测，也很容易来自于其他因素。其实很早就有人怀疑，他们这是个热效应，电线啦、控制线啦，都有可能因为热而产生一些应力。但这次他们非常自豪的是，所有的实验都是在所谓的高真空环境里测量的（大约是1毫帕，也就是$10^{-8}$个大气压，而且还做了常压对比实验，结果都看到了这个神奇无比的推动力。他们还采用了所谓的液体导线，也就是说，需要和外界相连的地方，都不是常用的电线，而是液体金属（好像是镓），所以就没有应力传递的问题了。还考虑了其他很多因素，我就不详细介绍了。怎么样？考虑周到吧，思维缜密吧，把大家伙儿都唬住了吧。

更多的细节描述，我就不说了，感兴趣的自己找新闻看吧——反正天下文章一大抄，抄来抄去都差不多的。给大家看几个图，休息一下，让我先去喝口水。等一会儿，再听我说，看看我为什么认为他们就是瞎扯淡。

好了，喝水回来了。接着讲。

先介绍一下测量方法（图1）。因为推动力非常小，只有几十个微牛顿，所以才用了扭摆技术，号称可以测量到1个微牛顿。扭摆就是一个杆秤，用一根坚韧的细丝吊起一个杠杆，杠杆一端是待测物体，也就是这个无工质引擎，另一端放着平衡物（相当于秤锤）。如果真的有推力的话，这根杆秤就会扭动，任何微小的扭动都可以用光学方法精密地检测（微米的数量级）。

无工质引擎的样子如图2所示（这张图来自于他们的文章，而图3来自于新闻，不知道是示意图还是真家伙）。尺寸大约是这样的：大头端直径27.9厘米，小头端直径15.9厘米，长度22.9厘米。注意，这都是微波腔的内部尺寸，外部尺寸跟这个大概差不多，另外，小头端有个5.6厘米后的塑料板，外直径为15.6厘米——这些具体细节，我没有仔细看，反正是大头端和小头端不太一样，不仅是尺寸不一样，材料好像也有些不同。这个扭摆放在真空腔里，尺寸不到些1米，可以抽成高真空（大约是1毫帕），也可以放气进去、做常压对比实验。

好了，大致就这样了。然后他们就开始了测量，得到了神奇的结果，1mN/kW的推动力——就像魔术师从帽子里拎出来一只白兔子，谁都知道他是在扯淡，可是谁也不知道他是怎么扯的淡。

我懒得写了，太烦了。读他们那篇文章不过十分钟，写我这篇博文却要俩小时。烦死了。人之患在自作聪明、人之患在好为人师。我错了。

不过话说回来，可能还是有人读到这里了，我把你晾在这里也不好——其实我挺有公德心的，还是讲完吧。

前面说了，这个推进器有大头端和小头端，它们不太一样。其实，奥妙就在这里——说穿了一文不值。施加微波，就会加热，就会有一部分热量传到表面，表面的温度就会上升，而且表面的温度不会到处都一样的，这个差别就造成了推动力。而且，因为这家伙是柱对称的，所以只有前推力（或者后推力），但是没有侧推力。

稍微详细地解释一下。高真空腔里面还是有气体的，1毫帕不是什么了不起的真空，而且各种器壁上吸附的气体很难去除的，测量真空的仪表还不知道放得有多远呢。气体分子碰到热壁上，就会吸收一点热量、然后跑掉，气体分子碰撞前后的动量发生了改变，这就会产生反冲力——无工质引擎的工作原理就是这个。

估计推力大小的上限。$p=\sqrt{2mE}$，p为分子动量，m为分子质量，E为分子动能。所以，$\delta p = \sqrt{m/2E} \delta E$。所以，反冲力的大小是

$F=  \sqrt{m/2E} W =  \sqrt{\frac{30\times 1.67\times 10^{-27}}{ 3\times 1.38 \times 10^{-23} \times 300}} W = 2\times 10^{-3}  W$

其中，W是功率。也就是说，理论上限是每千瓦2牛顿，我们有个2000倍的余量，随便有一点不对称性就可以了。好了，就是它了！

说到这里，民科肯定不服气。我做了对比实验！高真空和大气环境都做了，推动的效果都在！我说你别不服气。你这个真空抽不抽气都没什么关系的——气体的导热率对气体密度的依赖关系是很弱的。原因大致是这样：气体密度大了，气体分子的平均自由程就小，也就是说，气体分子跑不了多远，就会跟朋友碰个头、聊会天，这就耽误了功夫。具体的推导我就不说了，随便找本书读读就可以了。把公式留在这里吧，符号的具体含义就不解释了。

热传导的傅里叶定律 $q=-\lambda \frac{\mathrm{d}T}{\mathrm{d}x}$

导热系数$\lambda \sim Cvl \sim nvl \sim \frac{1}{\sigma}\sqrt{\frac{T}{m}}$

好了，故事讲完了。这就是个热脱附，或者说热传导，反正不是什么big deal。

总而言之，言而总之：搞民科的搞了个大发明，瞧热闹的瞧了个大热闹，高大上的NASA也不亏，他又成功地忽悠了一次！

[1] Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio-Frequency Cavity in Vacuum,

Harold White, Paul March, James Lawrence, Jerry Vera, Andre Sylvester, David Brady, and Paul Bailey (NASA Johnson Space Center, Houston, Texas 77058)

JOURNAL OF PROPULSION AND POWER (2016) DOI: 10.2514/1.B36120

[2]太多了，随便列几个吧

论文通过评审，NASA无工质引擎真要出现？

http://www.guancha.cn/Science/2016_11_24_381695.shtml

重磅！NASA证实无燃料引擎可行：违背物理定律引争议

http://tech.sina.com.cn/d/i/2016-11-23/doc-ifxxwrwk1713720.shtml

现今确实存在的最黑的黑科技是什么？

https://www.zhihu.com/question/26737276#answer-48738109

PS：

姬扬：无工质引擎？NASA，多少扯淡假汝之名！

http://www.guancha.cn/jiyang/2016_11_29_382184.shtml