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就利用虫洞或曲相推进问题黄志洵教授实现超光速致专家学者的函

已有 1086 次阅读 2022-4-16 08:32 |个人分类:超光速|系统分类:论文交流

致专家学者的函(关于文章修改稿)

 

各位专家学者:

您好!

324日,我将新完成的中文稿“人类能否利用虫洞或曲相推进实现超光速宇宙航行”发给各位专家学者,它也出现在《科学网》上。此文有一些特色,例如对负能量问题分析较全面深入;对超光速研究的现状有较清醒的认识;对于西方科学界的一种趋势(响往超光速宇宙航行,为此绕开SRGR求助)也作了较深入的分析。……随后,我把精力放在准备英文稿的工上。在英文稿完成后,回过头来重读中文稿,竟发现好几处打印、排版过程造成的错误,甚至有的公式(内容或编号)也有错。这是疏忽大意造成的,令我很不安!在内容安排上,发现了一些缺点。

328日,我与中国空间技术研究院一位中年研究员会面,术性交流。双方都有收获。谈得较多的是EM drive也涉及Warp drive。令我感动的是他率领团队做过无数次试验。并企图与理论计算相对照。虽然这种尝试不太成功,但靠实验做出了原型机,申请到专利。……这次会面让我更深刻地体会到纯粹理论物理学家的弱点与不足。要多听航天专家的意见!故本次的修改稿不仅改正了几个错误,而且在内容上进一步丰富,也体现了“多从航天专家的角度进行思考”的精神。现把拙作的中文修改稿发给您,请阅正! 

专此,祝

身体健康、抗疫平安!

黄志洵    

2022413

附:

《人类能否利用虫洞或曲相推进实现超光速宇宙航行》中文修改稿》可点击下载

2-人类能否利用虫洞或曲相推进实现超光速宇宙航行.docx


下面介绍一下我体会此文的要点:


相对论者会说,加速器的技术实践早已表明,提高能量是使粒子(电子或质子)加速飞行的有效手段,甚至是唯一方法。而且加速粒子实际上只能达到非常接近 c 的值,例如0.99999 c ;既如此,Einstein 的 1905 年论述怎么可以反对?……对此笔者提出以下观点;

首先,“用现在加速器没有得到过 v = c 或v > c 的粒子”,与“宇宙中没有超光速粒子”,不是一个概念。根据电磁场与电磁波原理设计的加速器,其中飞行的带电粒子速度只能无限接近c 而不能达到 c ,是很自然的,因为电磁波本征速度.......就是 c ;这说明不了问题。其次,我们不否认加大电磁能量能使电子加速,但这与证明 SR 质速方程和整个 SR 能量关系不是一回事。目前完全没有针对中性粒子(如中子、原子)的实验证明,因而提出速度上的普遍限制没有道理。再者,更大的问题在于 Einstein 仅把电子看成一个质量 m 、速度v 的一般动体(general moving body),推导中没有考虑电子是携带电荷的特殊动体............(special moving body),因而缺少一个计入了运动电荷影响的电动力学理论。中国学者进行分析,得到的结果与Einstein 显著不同[48]。 

必须指出,在争取用高能粒子加速器寻找超光速粒子这件事情上,我们争取到加速器专家的支持。例如 2017 年裴元吉教授[

49]在文章“超光速实验方案探讨”中说: “到目前为止,带电粒子动力学都是建立在光速为极限的条件下,即以狭义相对论动力

学为基础的。尽管目前所建造的加速器尚未发现与这一基础理论有矛盾之处,但是设定所有测试粒子运动参数的方法的理论基础也是以相对论为基础的,因此即便有矛盾也很难发现....。

为发现是否存在矛盾,我提出一种试验方法也许可发现一些疑点,如若果真发现,那可以深入开展研究其原因。 

实验装置中,电子枪是能产生能量为几个 Me V、束团长度为 ps(10-12s)级的电子枪(如光阴极微波电子枪、外置阴极独立调谐微波电子枪等);加速管 1、加速管 2 是常规加速结构(其相速度分别为接近 1 和等于 1),它们将电子束加速到电子束的相对能量 =100,即电子束的速度达到 0.99995c ( c 是光速);加速管 3 是采取特殊设计的加速管,使波的相速度大于光速;磁铁分析 1、2 和其后面的荧光靶是用于束流能量测量的装置,其能量分辨率好于 0.1%;束流垃圾箱是用于吸收电子束的装置。K1 是为常规加速管提供微波功率的器件,其脉冲功率约为 50MW,K2 是为超光速相速加速管提供微波功率的器件,其输出功率为25MW;IAΦ 是用于调节进入加速管 3 微波功率的相位和功率的元件”。 以后,裴教授详细说明了“电子束在加速管 3 中的能量模拟”和“试验方法”,并附有多个计算图表。测量的目标是发现一些特殊现象,进而考虑是否能用“有的电子速度大于光速”

来解释。 2019 年 3 月,笔者收到杨新铁教授发来的《超光速电子加速器探讨》。这是一份由多位专家联名(裴元吉、杨新铁、黄志洵、陈长乐、李开泰、黄艾香、周渭)的研究计划书。在“项目的立项依据”中,提出的理由与裴元吉相似,即“用按 SR 设计的仪器不可能发现 SR 自身的矛盾”。这份报告书提出了探索性实验方案,其中把 3 个加速管的最后一个(3 号加速

管)改为一种经特殊设计的超光速加速管......,使其中波的相速度大于光速。期望电子在这里向超光速方向加速(这个区的能量不是增加而是减少)。 杨教授是空气动力学专家,他认为,在连续介质力学发展中也遇到过这些问题。按照小  20 式发人深省;老实说,这些话是理论物理学家讲不出来的! 

 V.  应当重视信息能否以超光速传送的研究 

信息、信号并不是实体物质,却也在 SR“禁止超光速运动”的名单上,这是令人奇怪的。2003 年 1 月美国航天局(NASA)1972 年发射的《先驱者-10》探测器飞出了太阳系,但与它联系的时间竟长达 11h,传达指令和通信不能及时完成。相对论不仅认为物体的运动速度不能超光速,信号传播也不能超光速。但在量子理论中却无此限制,2008 年 8 月《Nature》发表了瑞士科学家的实验结果[52],证明量子纠缠态的传播速度是超光速的,即Gv =104 c ~107 c ;这是很重要的进展,增加了我们的信心。有关超光速通信的论述详见文献[53]。 

 

8  电磁推进(EM drive)是更实用的方法

Warp drive与电磁推进(EM drive)作比较是有意思的,而且可以看出发展的趋势。EM drive这种系统是基于电磁能驱动[54-63],即在无需火箭燃料情况下把电磁能转化为推力。根据经典物理学,这应该是不可能的,因为反了动量守恒定律。该定律认为,如果一个系统受外力作用,那么这个系统的总动量保持不变;这就是为什么传统火箭需要燃料。国外媒体一直说,虽然美国、英国和中国的研究人员对电磁驱动进行了论证,但他们对结果存在争议,因为没人确切地掌握电磁驱动的原理。该项目的核心是个微波谐振腔,也可看成封闭的圆锥状波导(图1)。由于电磁场的非均匀分布,造成推力,使其有向反方向加速运动的趋势。它已走过了早期的默默无闻,如今引起各国科技界、航天界、情报界的高度重视。

 

               image.png                              

1  EM drive示意

(1微波源,2波导,3腔,4推力方向,5加速方向)

 

英国科学发展趋势网站于201482日报道说:不可思议的发动机将永久改变太空旅行,国内《参考消息》报译载时标题为微波发动机或改变太空旅行。文章说,英国高级工程师R.Shawyer可能很快就会引起很多关注。当他刚刚制造出现在称为EM drive的发动机时,还没人把它当回事。但在2012年,这种情况发生了改变,一群中国科学家也建造了这种发动机,而且成功了。这种EM drive结构简单,而且很轻。它的推力是由在密闭容器里回弹的微波产生的。发动机设计极其特别,如果根据传统的力学原理,它根本就无法工作。然而,这个发动机却能用太阳能来提供电力从而产生微波。此外,它还不需要任何形式的推进剂,因此它可以一直使用到硬件停止工作为止。中国科学家制造出了一个能产生720mN力的此类发动机,这足以成为一个卫星推进器。20138月,美国航空航天局(NASA)的一个小组制造出了一个动力稍小、但源于类似理念的发动机。

EM drive有过一个思想混乱的时期。首先,它的力来自何方?这又是一种什么力(例如,是Newton力,还是Casimir)?其次,说它能飞行,但又没有向后喷射物质,是否违反动量守恒原理?中国某大学的研究人员在2011年的论文中证明他们做了有益的工作[64],但在2013年,同一作者却安排了一个微波辐射出口,说是由之可把微波束出射到大气层或外层空间(radiated to the atmosphere or outer space)[65]。这就在理念上退回到化学燃料火箭一类,似乎只有如此才能不违反动量守恒。这是错误的。对化学燃料火箭而言,设火箭、燃料

何不向外喷射物质而可能有加速运动?很明显,只要有力就可以了,RF腔不用向外喷射。实际上,动量、能量守恒都是遵守的。……然而上述说明可能不太令人满意。image.png

不向外喷射物质而可能有加速运动?很明显,只要有力就可以了,RF腔不用向外喷射。实际上,动量、能量守恒都是遵守的。……然而上述说明可能不太令人满意。

20147月的50届联合推进技术大会上,NASA的科学家报告说:测试结果显示,射频谐振腔推进器(RF resonant cavity thruster)设计,作为电子推进器件是独特的,它产生了推力。这无法归因于任何经典电磁现象。D.Brady等指出,NASA的测试是在201388日进行的,用激励935GHz的谐振腔产生出(30~50)mN的推力,测试在低推力扭摆(low thrust torsion pendulum)上完成,它置于不锈钢真空室中,该设备由NASA设计建造。Brady等认为,这种推进方式的一种可能的解释是:这由量子真空虚等离子体(quantum vacuum virtual plasma)交互作用所造成,从而提供出这种由射频器件产生的反常推力(anomalous thrust production from RF test device)。在这种认识之下,在NASA实验活动目的是为了研究用经典的磁等离子体动力学去获得由量子真空虚等离子体转换而生的推进动量的可行性。而被研究的微波发动机(microwave engine, Shawyer称为EM drive)Brady等称为量子真空等离子推进器(quantum vacuum virtual plasma thruster)”。这些观点可供参考。EM drive是否与量子理论相关,是个大问题!

总之,EM drive技术现已获广泛认同。在推进力的反方向产生的加速和反作用力,遵守Newton力学。2015年黄志洵[66]说,已可产生10mN/kW1000mN/kW的推力。基本器件是一个圆锥状的封闭谐振腔,用TE01模式。由于腔内的非均匀场分布,电磁合力FΣ≠0,提供了腔体自主加速运动的推力。它不携带燃料,推进器使用的微波能由太阳能转换而来,故适于作太空飞行。20066Shawyer700W功率产生了88mN力;20075月用300W功率产生了96mN力。这说明早期即达到了(125~320)mN/kW水平。力虽然很小,但有力就有加速度,不断加速的过程有望最终获得非常高的速度。

必须指出,中国空间技术研究院从2010年起关注此领域的发展,2012年起开始取得成果,自主研发了多台原理样机。经10年努力,以陈粤研究员为首的团队研发出两种创新的推力器,一种是梯形谐振腔式(内局部填充电介质);另一种是半球型推力器。它们都获得了中国政府认可的专利权。中国的研究工作是领先的!

但我们不可盲目乐观。EM drive要能实用,推力要大大增加(例如达到几百N/W以上);加速度要有足够水平(例如0.5m/s2以上);才有可能使它成为一种星际探测器(interstellar probe)。无论如何,航天界对EM drive可以开展实在的研发;比起Warp drive的脱离实际的空谈,EM drive要好得多。

 

9  结束语

20世纪90年代,美国NASA提出了《Breakthrough Propulsion Physics Program,即推进技术的突破性物理项目,期望实现推进器设计原理的革命性改变。AlcubierreWarp drive概念性方案也受到NASA的关注。另外,美国国防部高级研究计划局(DARPA)也委托NASA开展研究,提出的目标是:争取实现propellant-less propulsion(无工质推进);要求以极高的速度飞行;改用全新的物理原理;等等。提出的方案即使暂时实现不了,能有新概念设计也欢迎。在有组织的鼓励下,出现了许多新思想,例如:

——利用微波谐振腔,在注入微波能后产生推力(EM drive)

——利用广义相对论效应(Warp drive)

——利用Mach效应(例如美国加州大学J.Woodward设计发明推力器)

——利用BB效应(Biefeld Brown effect)设计航天推进器,是利用高压电场。

——利用量子真空[67],或量子起伏[68]

如此等等,总之,各种物理原理都可以考虑其实用性,再决定是投入研发还是仅供参考。

虽然笔者写作了本文,但学术观点未变,仍然不认同GR时空一体化时空弯曲。例如,目前许多书籍(包括Hawking的著作)为说明虫洞理而绘制的一张图,所显示的只是极度弯曲的空间,而非极度弯曲的时空。后者之所以画不出来,是因为所谓spacetime根本没有具体的物形象。退一步讲,就算GR是正确的理论,虫洞和曲相推进也不可能实现。本文指出,EM drive才是各国航天界可以实际搞研发的项目!

9  结束语

20世纪90年代,美国NASA提出了《Breakthrough Propulsion Physics Program,即推进技术的突破性物理项目,期望实现推进器设计原理的革命性改变。AlcubierreWarp drive概念性方案也受到NASA的关注。另外,美国国防部高级研究计划局(DARPA)也委托NASA开展研究,提出的目标是:争取实现propellant-less propulsion(无工质推进);要求以极高的速度飞行;改用全新的物理原理;等等。提出的方案即使暂时实现不了,能有新概念设计也欢迎。在有组织的鼓励下,出现了许多新思想,例如:

——利用微波谐振腔,在注入微波能后产生推力(EM drive)

——利用广义相对论效应(Warp drive)

——利用Mach效应(例如美国加州大学J.Woodward设计发明推力器)

——利用BB效应(Biefeld Brown effect)设计航天推进器,是利用高压电场。

——利用量子真空[67],或量子起伏[68]

如此等等,总之,各种物理原理都可以考虑其实用性,再决定是投入研发还是仅供参考。

虽然笔者写作了本文,但学术观点未变,仍然不认同GR时空一体化时空弯曲。例如,目前许多书籍(包括Hawking的著作)为说明虫洞理而绘制的一张图,所显示的只是极度弯曲的空间,而非极度弯曲的时空。后者之所以画不出来,是因为所谓spacetime根本没有具体的物形象。退一步讲,就算GR是正确的理论,虫洞和曲相推进也不可能实现。本文指出,EM drive才是各国航天界可以实际搞研发的项目!




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1 杨正瓴

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