火箭如何在真空中前進？揭開太空推進的神秘面紗

愛因斯坦的狹義相對論與邁克生-莫雷實驗向我們揭示了一個重要事實：太空本質上是真空狀態。這意味著在太空中沒有任何介質可以讓物體施力，即使你再怎麼手舞足蹈，也無法產生任何淨前進動力。

讓我們做個簡單實驗：當你向前揮動手臂時，根據牛頓第三運動定律（作用力等於反作用力），身體其他部位會向後移動。但如果再把手臂往後擺動，猜猜身體會往哪個方向移動？沒錯，你又會回到原來的位置。

那麼火箭究竟如何克服這個難題？關鍵就在於牛頓第三運動定律與動量守恆原理。由於太空中幾乎沒有任何可施力的介質（除了極少數的太空原子和光子壓力外），火箭必須透過排出質量來獲得推力。

美國太空總署NASA解釋道：「當火箭噴出廢氣時，廢氣同時也會反推火箭。火箭將廢氣向後推，廢氣則促使火箭向前移動。這種效應在地球上也能觀察到：假設一個人站在滑板上投擲保齡球，人與球會朝相反方向移動。由於人的質量較大，保齡球會移動得更遠。」

NASA進一步說明：「火箭與噴射引擎有本質上的不同。噴射引擎需要從空氣中獲取氧氣才能運作，而火箭引擎則自帶所有需要的物質。這就是為什麼火箭能在沒有空氣的太空中正常運作。」

這種推進方式已成功將人類送上月球，並探索太陽系中的各種天體。但它並非完美無缺：為了在太空中推進與調整航向，需要攜帶大量燃料，這意味著必須增加質量與成本。因此，科學家們正積極研究替代方案，從太陽帆到相對論性電子束等各種新穎推進技術。

雖然這些新方法的測試結果相當樂觀，但就目前而言，我們仍主要依賴質量排出與牛頓第三運動定律來實現太空航行。