科学史上的一次“病态”事件：N射线闹剧以及EmDrive是咋回事？

“把简单的事情考虑得很复杂 ，可以发现新领域 ；把复杂的现象看得很简单 ，可以发现新定律。”——艾萨克·牛顿

今天的第一句话，为何要引用牛顿的话呢？显然下面要说的事跟牛顿的定律有关系。不知道你有没有听说过EmDrive？这个玩意曾一度以“几周到达火星”为题霸占科技新闻的头版头条，为何？因为它神奇啊，没听说过也没关系，下面我们就先说下EmDrive为何物！然后再回顾下科学史上的一场科学闹剧，然后再反思下EmDrive。

EmDrive是啥？它为何会违反我们的基本定理

EmDrive全名Electromagnetic Drive（电磁推进器），就从名字看，这种推进器不需要传统意义上的液体或固体燃料，而是用电！

EmDrive原型机

这种推进器有一个特殊的微波共振腔体，依靠太阳能提供的电力来维持腔内反射的微波能量，在没有任何质量或能量逃逸的情况下，向外产生推力。这句话很关键：没有能量逃逸，我们都知道火箭是怎样获得推力的，是依靠强大的化学能向外喷射能量，在腔内产生高压和低压区域来提供动力！跟我们放气球一个原理。

明眼人一看，EmDrive违反了已知的物理定律，牛顿第三定律和动量守恒定律。牛顿第三定律告诉我们：当你向一个物体施加一个力，而这个物体会对你施加大小相等作用相反的力。假如两个滑冰运动员质量相等，脚底与冰面零摩擦，它们初始状态的总动量为零，它们互相一推，会互相获得一个初始的动量，但方向相反，这个系统的总动量还是零。这就是我们的物理常识！而EmDrive的工作原理就像是你自己能把自己提起来，两个脚互相踩可以上天。那EmDrive这个无燃料推进器是怎么火起来的？因为它得到了一些实验室的验证。

Emdrive的概念从1999年被电子工程师Roger Shawyer提出之后，到2016年，已经有4家独立实验室做出了机器并证明确实有推动力。其中包括我国西北工业大学航天学院的杨涓团队，以及引起科学界轰动的美国航空航天局“鹰工厂”实验室（NASA Eagleworks Lab）。

当实验和理论相违背，我们应该怎么做

从本质上讲，物理学是一门实验科学，因此，如果实验得出的结果与我们自以为知道的理论相悖，那么需要解释的是理论，而不是实验。毕竟实践是检验真理的标准嘛！

当然，除非实验中存在一些不明确的问题，不管这些问题是由于欺诈、粗心、设备故障还是其他一系列错误造成的。科学上有句话说：非凡的主张需要非凡的证据！所以我们需要考虑以下几点：

当一个实验给出的结果是理论无法预测或承认的，我们必须提高十分的警惕，以确保实验结果不会出错。这意味着我们必须考虑并量化所有不确定性的来源，包括统计错误（取决于有多少数据点）和系统错误（实验设置中固有的错误）。独立验证和再现实验结果是重要和必要的，这意味着我们详细说明了实验的设置和方法，任何其他人都可以通过这个方法用适当的设备独立的获得实验结果。

历史上N射线的闹剧，那是沸沸扬扬！

其实在科学上有很多乌龙实验，有些是设备故障，有些是人为因素，甚至是一些不纯粹的人牵扯到了某种利害关系的话，实验都会出现问题！相信你听说过中微子超光速的实验吧，当时也是在科学家引起了轩然大波，直接威胁到了相对论的根基，但事实证明是实验出现了误差造成的。在历史上，还有一个这样的例子你可能没听说过，它可以追溯到100多年前：n射线。这是科学史上引人注目的重大“病态”事例，充满了急于求成、民族主义、恶意欺诈的因素，是科学史上的一场闹剧。

x射线我们很熟悉，它是一种高能电磁辐射，可以直接穿透人体的皮肤和肉体，但却不能穿透骨骼。早在20世纪初，许多物理学家就对不同波长的光进行实验，以了解其在各种情况下的行为和特性。其中一项研究就试图极化x射线，作为实验的一部分，需要建立一个火花隙。火花隙的工作原理很简单，两个电极之间相隔一定的距离，当电极之间的电压超过之间介质（包括空气）的击穿电压时，就会产生一个“跳跃”间隙的火花。

法国著名物理学家布朗洛发现了一个非常奇怪和意想不到的结果：当他把这个缺口放入x射线束时，火花的亮度莫名其妙地增加了。布朗洛将这种效应归因于迄今尚未发现的一种名为n射线的辐射形式，为什么是N呢？这都是人命名的，因为实验是在法国洛林大学做的，其中有个南锡一大。

上图为：N射线在一个小电火花上产生的动作摄影，布朗德洛特1904年

当时有120名科学家成功地发现了这些效应，毫不奇怪这些科学家都是围绕在布朗德洛特周围的法国科学家，当时出于团结和民族自豪感，以及要与英国人一较高下的心理，提高法国在科学界的地位，将主观臆想作为客观事实上演了一场欺诈性的闹剧。就在N射线的声势越来越大的时候，其他国家的科学家也加入了研究的行列，但怎么也的不出理想的实验结果！

这些效应的大小在不同的实验中有很大的不同。当时一些顶尖的科学家也做了实验，包括开尔文勋爵（Lord Kelvin）、海因里希·鲁本斯（Heinrich Rubens）和罗伯特·伍德（Robert Wood），结果都是无效的。

但是N-ray的研究人员（法国科学家）仍然声称他们看到的结果是真实的，并且拿出了对电火花亮度变化成功拍摄的证据予以争论。最后争论的不可开交，《自然》杂志就委托罗伯特·伍德前往南锡大学的布朗德洛特实验室，去亲自见证N射线的演示，看是不是真的。

罗伯特·威廉姆斯·伍德的照片，摄于1910年。

然而，伍德看到的是史上最高级别的科学骗局。在布朗德洛特进行演示之前，趁着房间黑暗的时候伍德从实验装置中悄悄取出了一个棱镜，然后用一块木头代替一个金属锉（一个假想的n射线发射器)。

然而，当布朗德洛特进行演示时，他依然声称在火花间隙中检测到了n射线。此后不久，1904年9月，伍德在《自然》杂志上发表了他的研究成果，他说:

“在花了三个多小时观看各种实验之后，我不仅无法报告任何一条表明N射线存在的观察结果，而且我还坚信，少数几个取得N射线实验结果的实验者在某种程度上是一种欺骗。”

现在，我们回到今天的Emdrive（无燃料推进器）。

那么对EmDrive的实验到底说了什么？

中国团队、英国的一名发明家和吉多·费塔（Guido Fetta）分别制造了三个不同版本的EmDrive。据推测，这三个版本给出的推力结果各不相同，相差约500倍。NASA进行的“测试”设备（扭摆）对10到15微牛的最小推力阈值非常敏感，“结果”表明探测到的推力介于30到50微牛之间。最后（也是最要命的），有一个“真”版本和一个“空”版本的EmDrive都在扭摆上进行了测试，并且预期真实版本会产生推力，而空版本不会。但结果表明两个版本都产生了同样的效果。

来自NASA的报告摘要：

“在两个测试件上都观察到了推力，即使其中一个测试件的设计初衷是不产生推力。具体来说，一个测试项目包含内部物理修改，目的是产生推力，而另一个没有（后者被称为“空”测试项目）。

换句话说，NASA也证实了“不可能”的太空驱动。

EmDrive没有被NASA确认；美国国家航空航天局（NASA）表示，EmDrive与“空”设备没有区别。后来德国的科学家证明推力并非来自EmDrive本身，而是电线和接头区域产生了电磁相互作用，提供了微小的推力。

尽管EmDrive在理论上存在无法规避的缺陷，但我们不会因为理论缺陷而把EmDrive称为“民科”。因为物理学本质上是一门实验科学，一个好的实验可以推翻或否定哪怕是最优雅的理论。但是从实验上来讲，EmDrive确实存在很大的问题，因为：

实验结果结果并不可靠，因为EmDrive不能被不同的团队完全相同或类似地复制。实验结果都会存在偏差，还没有任何人能够证据确凿地表示他们的引擎能像理论描述的那样运行。结果并不重要，因为EmDrive不能与应该给出“空”结果的设置区分开来。（这可能就印证了有其他未知的一些实验漏洞）德国科学家证明这是电磁泄漏的缘故。

到这里就让我们想到了n射线的例子，每个追求真理的科学家的噩梦：虚假信息冒充科学，侵蚀公众对科学本身的信任。而科学的最大作用就是能够自我检验，自我审查，自我修正！