為什麽今天第壹句要引用牛頓？顯然，我接下來要說的和牛頓定律有關。不知道大家有沒有聽說過EmDrive？這個東西曾經以“幾周後抵達火星”的標題占據了科技新聞的頭條。為什麽？因為它很神奇，沒聽過也沒關系。先說說EmDrive是什麽！然後回顧壹場科學史上的科學鬧劇，再反思EmDrive。
EmDrive是什麽？為什麽違反了我們的基本定理？
EmDrive全稱電磁驅動。從名字上看，這種螺旋槳不需要傳統意義上的液體或固體燃料，而是使用電力！
EmDrive原型
這種推進器有壹個特殊的微波諧振腔，依靠太陽能提供的動力，維持腔內反射的微波能量，向外產生推力，沒有任何質量或能量逃逸。這句話很關鍵:沒有能量逃逸，我們都知道火箭是如何獲得推力的。它們依靠強大的化學能向外註入能量，在空腔內產生高壓區和低壓區提供動力！這和放氣球的原理是壹樣的。
乍壹看，EmDrive違反了已知的物理定律、牛頓第三定律和動量守恒定律。牛頓第三定律告訴我們，當妳對壹個物體施加壹個力時，這個物體會對妳施加壹個大小相等方向相反的力。如果兩個溜冰者質量相同，腳底與冰面的摩擦力為零，那麽他們初始狀態的總動量為零。如果它們互相推動，就會得到壹個初始動量，但方向相反，系統的總動量仍然為零。這是我們的物理學常識！EmDrive的工作原理就像妳可以把自己舉起來，妳可以把對方踩上天。那EmDrive這種無燃料螺旋槳是怎麽著火的呢？因為已經被壹些實驗室驗證過了。
Emdrive的概念是電子工程師Roger Shawyer在1999年提出的，到2016年，已經有四個獨立的實驗室做出了機器，並被證明具有真正的驅動力。其中包括西北工業大學航天學院的楊娟團隊，以及在科學界引起轟動的美國國家航空航天局Eagleworks實驗室。
當實驗與理論相悖時，我們該怎麽辦？
本質上，物理學是壹門實驗科學。因此，如果實驗結果與我們自認為了解的理論相反，那麽需要解釋的是理論，而不是實驗。畢竟實踐是檢驗真理的標準！
當然，除非實驗中存在壹些不清楚的問題，無論這些問題是由欺詐、粗心、設備故障還是壹系列其他錯誤造成的。科學上有句話:非同尋常的主張需要非同尋常的證據！所以我們需要考慮以下幾點:
當壹個實驗給出的結果無法被理論預測或承認時，我們必須非常警惕，確保實驗結果不會出錯。
這意味著我們必須考慮並量化不確定性的所有來源，包括統計誤差(取決於有多少數據點)和系統誤差(實驗設置中的固有誤差)。
獨立驗證和重現實驗結果是重要和必要的，這意味著我們已經詳細解釋了實驗設置和方法，其他任何人都可以通過這種方法用適當的設備獨立獲得實驗結果。
歷史上的n射線鬧劇，簡直是壹片喧囂！
其實科學上有很多烏龍實驗，有些是設備故障，有些是人為因素，甚至有些不純的人參與了某種利益，實驗也會有問題！中微子超光速的實驗，相信妳也聽說過。當時也在科學家中引起軒然大波，直接威脅到相對論的基礎，但後來證明是實驗中的誤差造成的。在歷史上，還有壹個妳可能沒聽說過的例子，可以追溯到100多年前:N射線。這是科學史上壹個引人註目的重大“病態”案例，充滿了急於求成、民族主義和惡意造假的因素，是科學史上的壹場鬧劇。
x射線為我們所熟悉。它是壹種高能電磁輻射，能直接穿透人體皮膚和身體，但不能穿透骨骼。早在20世紀初，許多物理學家就對不同波長的光進行了實驗，以了解它們在各種情況下的行為和特征。其中壹項研究試圖使X射線偏振。作為實驗的壹部分，需要建立火花隙。火花隙的工作原理很簡單。兩個電極相隔壹定距離。當電極間的電壓超過電極間介質(包括空氣)的擊穿電壓時，就會產生跳過間隙的火花。
法國著名物理學家布朗洛(Brownlow)發現了壹個非常奇怪且出乎意料的結果:當他把這個間隙放進X射線束時，火花的亮度莫名其妙地增加了。布朗洛將這種效應歸因於壹種迄今尚未發現的被稱為N射線的輻射形式。為什麽是N？這都是人起的名字，因為實驗是在法國洛林大學做的，其中壹個是南錫的壹個大的。
上圖:N射線在小電火花上的動作攝影，布朗·德勞特1904。
當時成功發現這些效應的科學家有120人。毫不奇怪，這些科學家都是布朗·德勞特周圍的法國科學家。當時出於團結和民族自豪感，也為了和英國人競爭，提高法國在科學界的地位，把主觀臆斷當成客觀事實，上演了壹場造假鬧劇。就在N射線的聲勢越來越大的時候，其他國家的科學家也加入了研究，卻沒有壹個理想的實驗結果！
這些影響的程度在不同的實驗中有很大的不同。
當時，壹些頂級科學家也做了實驗，包括開爾文勛爵、海因裏希·魯本斯和羅伯特·伍德，結果都無效。
然而，N-ray的研究人員(法國科學家)仍然聲稱他們看到的結果是真實的，並提出證據來爭論電火花亮度變化的成功拍攝。最終爭論激烈，於是《自然》雜誌委托羅伯特·伍德(robert wood)到南錫大學布朗·德勞特勒實驗室(Brown Delautre Laboratory)親自見證N-ray的演示，看看是否屬實。
羅伯特·威廉斯·伍德的照片，拍攝於1910。
然而伍德看到的卻是史上最高水平的科學造假。在布朗·德勞特勒演示之前，伍德趁室內壹片漆黑，悄悄從實驗裝置中拿出壹個棱鏡，然後用壹塊木頭代替了壹個金屬銼(壹個假想的N射線發射器)。
然而，當Damblanc Delautre演示時，他仍然聲稱在火花隙中檢測到了N射線。此後不久，1904年9月，伍德在《自然》雜誌上發表了他的研究成果。他說:
“在花了三個多小時觀看各種實驗後，我不僅不能報告任何表明N射線存在的觀測結果，而且堅信少數獲得N射線實驗結果的實驗者某種程度上是壹種欺騙。”
現在，讓我們回到今天的Emdrive(無燃料螺旋槳)。
那妳到底是怎麽說EmDrive的實驗的？
中國隊，壹個英國發明家和Guido Fetta做了三個不同版本的EmDrive。推測這三個版本給出的推力結果不同，相差500倍左右。
美國國家航空航天局進行的“測試”設備(扭擺)對10至15的最小推力閾值非常敏感，“結果”顯示檢測到的推力在30至50之間。
最後(也是最致命的)，EmDrive的壹個“真”版本和壹個“空”版本都在扭擺上進行了測試，預計真版本會產生推力，而空版本不會。但是結果顯示兩個版本的效果是壹樣的。
來自美國國家航空航天局的報告摘要:
“在兩個試驗件上都觀察到了推力，盡管其中壹個試驗件最初設計時不產生推力。具體來說，壹個測試項目包含內部物理修改，以便產生推力，而另壹個沒有(後者被稱為“空”測試項目)。
換句話說，美國國家航空航天局也證實了“不可能的”空間驅動。
EmDrive沒有得到美國國家航空航天局的確認；根據美國國家航空航天局(美國國家航空航天局)的說法，EmDrive與“空”設備沒有什麽不同。後來德國科學家證明，推力並非來自EmDrive本身，而是導線與接頭區域的電磁相互作用提供了壹個很小的推力。
雖然EmDrive在理論上有不可避免的缺陷，但我們不會因為理論上的缺陷而稱EmDrive為“民科”。因為物理學本質上是壹門實驗科學，壹個好的實驗甚至可以推翻或否定最優雅的理論。但是從實驗的角度來看，EmDrive確實有壹個很大的問題，因為:
實驗結果並不可靠，因為EmDrive不可能被不同團隊完全相同或相似地復制。實驗結果會有偏差，沒有人能確鑿地證明他們的發動機能像理論上描述的那樣運轉。
結果並不重要，因為EmDrive無法與應該給出“空”結果的設置區分開來。(這可能證明還有其他不為人知的實驗漏洞。)
德國科學家證明，這是由於電磁泄漏。
這裏我們想到了N-ray的例子，這是每個追求真理的科學家的噩夢:虛假信息冒充科學，侵蝕公眾對科學本身的信任。科學最大的作用就是能夠自測、自省、自糾！