人類夢想著有一天可以出走太陽系，然而現實障礙擺在眼前：我們根本沒有速度足夠快的推進器能讓我們在有生之年離開太陽系。最近，NASA 馬歇爾太空飛行中心（MSFC）工程師 David Burns 提出一種完全無需燃料的神奇引擎，可以將速度增至接近光速，雖然這種引擎可能已經違反牛頓運動定律。
從本質上來講，所有火箭都基於牛頓的第三運動定律：力必會成雙結對的出現，當有一道力施加在火箭上，就會有相等的另一道反作用力，所以傳統化學火箭/推進器靠燃燒燃料來產生推進力並向前移動。
問題在於燃料是個龐大成本，根據 NASA 分析，目前火箭光是要將有效載荷投入低地軌道，成本就高達每磅 1 萬美元，可想而知要將有效載荷送上月球、更遠的火星甚至太空旅行，所需燃料量更為驚人，更別提航行時間了，著實是一道巨大工程挑戰。
光是目前跑最遠的 NASA 航海家1號（Voyager 1），都還需要數萬年時間才能飛抵離我們最近的恆星系統南門二（Alpha Centauri）；其次，太空旅行造價高昂，光是業界火箭發射成本已算很便宜的 SpaceX 公司，其獵鷹 9 號火箭發射成本也要 6,200 萬美元、獵鷹重型火箭發射成本則約 9,000 萬美元，而這些錢連月球都還飛不到。
所以我們先想辦法壓低成本再來談離開太陽系，科學家為此努力研發能取代化學火箭的新型推進器，比如雷射脈衝火箭發動機、離子發動機等，最終目標是將成本壓至每磅僅需數百美元。
其中，離子推進器是已實用化火箭技術中最經濟的一種，只需要少量推進劑就能達到很高的最終速度，比如歐洲太空總署（ESA）與日本宇宙航空研究開發機構（Japan Aerospace Exploration Agency，JAXA）合作開發的貝皮可倫坡號，就安裝了離子推進器前往水星。
而最近 David Burns 提出了新思想實驗，設想一種完全無需燃料還能產生高速推進力的太空引擎，有點類似曾轟動一時的 Emdrive 科幻引擎——號稱 41 天送人類上火星，燃料量與有效載荷的比例基本上為 1：1，只要靠電力就能獲得推進力，唯一的缺點是，Emdrive 引擎違反了牛頓第三定律。
David Burns 根據外觀將新引擎命名為螺旋發動機，思想中心是在火箭內來回移動質量，就像一顆來回彈動的球。但如果以正常質量的球操作，則當球撞擊火箭前部時，火箭會向前移動一點；當球撞擊後部時，火箭又向後移動一點，換句話說，就算球來回彈跳，火箭也只會向前和向後擺動。
因此 David Burns 提出使用螺旋狀粒子加速器中的粒子來充當「質量會發生變化的球」。當粒子在加速器中來回移動撞擊，只要有足夠時間就能達到非比尋常的速度，如果在火箭前端使粒子加速至接近光速，火箭後端的粒子速度較慢，那麼根據相對論，以光速運動的粒子其質量會比速度較慢的粒子質量還大，這會導致火箭前端比後端重，反過來說，這將使火箭的向前推力比向後推力大，火箭得以向前加速。
只不過，這項設計會衍生出長 200 公尺、直徑 12 公尺的巨無霸引擎，而且要產生 1 牛頓推力（大概與你敲鍵盤的力道差不多大）就需要 165MW 功率；再者，只有在零摩擦環境中才能達到接近光速的速度。
如果真有這麼神奇的質量變化球，這個想法就說得過去，但相對論仍然服從牛頓第三定律，因此這個想法在現實世界行不通。曾參與 Emdrive 科幻引擎測試的德國德勒斯登工業大學科學家 Martin Tajmar 表示，這款新型引擎可能會遇到和 Emdrive 引擎一樣的問題，「所有慣性推進系統都不能在無摩擦環境中運作」。
David Burns 這項有趣的思想實驗未經過同行評審，驗證起來似乎會出現缺陷，但科學家總要不斷提出新的想法，才可能打破現狀。
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（首圖僅為示意圖，來源：pixabay）
