沒有翹曲引擎，人類怎么能穿越星際？

喬嵩巖 張仕超 李德松

摘 要：自從上世紀以來，人們就用 “相對論”試著探索宇宙。到了上世紀六十年代，各國航天事業(yè)飛速發(fā)展，1969年世界矚目的“阿波羅11號”成功發(fā)射并將阿姆斯特朗等三人送至月球踏下了具有重大歷史意義的腳印。

關鍵詞：超光速（FTL）;雞蛋船;磁約束核聚變（MCF）

愛因斯坦廣義相對論的場方程表明超光速（FTL）旅行是可能的，所以一些研究人員正在研究是否可以通過我們的技術制造出星際迷航式的翹曲驅(qū)動器，或者一種人造蟲洞來實現(xiàn)光速旅行。

但是，即使明天就能證明是可行的，超光速系統(tǒng)的設計也有可能遠遠領先于一艘功能強大的星際飛船，就像列奧納多·達·芬奇16世紀的飛行器圖紙遠遠領先于1903年的萊特飛行器一樣，但這并不一定會成為未來一兩個世紀人類星際飛行的障礙。除了超光速旅行外，還有一些技術正在研究中，這些技術可以讓人類探索的范圍擴大到一些最近的恒星和運行的行星。

當然，此類任務的可行性不但取決于地緣政治和經(jīng)濟因素，也取決于離地球最近的類地系外行星的距離。半人馬座阿爾法星距離太陽大約4.37光年，是離太陽最近的鄰居;因此，包括《星際迷航》（Star Trek）在內(nèi)的科幻小說都把它想象成人類的第一個星際目的地。

2012年，人們發(fā)現(xiàn)了一顆圍繞半人馬座阿爾法星B （Alpha Centauri B）運行的行星，它是構成半人馬座阿爾法星系的三顆行星之一。三年后，天文學家再也無法找到同一顆行星，但如果它存在的話，它的溫度對生命來說又太熱了。但我們真正想知道的是，是否有行星存在于離這兩顆主要恒星更遠的地方，還是它們的伴星比鄰星（Proxima Centauri）有自己的行星？

很快，這些問題將由NASA于2018年發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）以及隨后的其他儀器來回答，這些儀器不僅能夠探測到行星的存在，還能讀取行星大氣的化學成分。

想象一下：如果在半人馬座阿爾法星或附近的其他恒星系統(tǒng)周圍有一顆類似地球的行星，天文學家可以在10年或20年內(nèi)了解它的話，那么明顯比我們建造一艘像“企業(yè)號”那樣的飛船要早得多，所以我們可以考慮光速飛行。美國政府在20世紀50年代末和60年代初花了真金白銀，測試了硬件，聘請了一些最優(yōu)秀的人才，并發(fā)明了一種名為核脈沖推進的理論。

這項被稱為“獵戶座計劃”的工作是保密的，因為它的原理是：引擎發(fā)射一系列“核脈沖單元”——大致相當于廣島/長崎的原子彈——在背后切斷電源;每一個單元都會爆炸，沖擊波將沖擊力傳遞到一個巨大的鋼制推板上，研究人員計算出這艘飛船可以達到5%的光速（0.05攝氏度），結果大約需要90年的時間才能到達半人馬座阿爾法星。1963年禁止在大氣層進行核爆炸的《禁止核試驗條約》和1967年禁止在太空使用核爆炸裝置的《外層空間條約》實際上結束了獵戶座計劃。

卡爾·薩根（Carl Sagan）在他的史詩級電視劇《宇宙》（Cosmos）中指出，這種發(fā)動機是處理人類核彈的絕佳方式，但它必須在遠離地球的地方啟動。但令人驚訝的是，當獵戶座得到資金支持的時候，他們的計劃是使用核脈沖引擎，甚至把飛船從地球表面整體發(fā)射出去。對此，我只想說，我們似乎不太可能建造一艘核脈沖飛船，但我們已經(jīng)擁有了建造的技術。

但是一個更少爆炸，更清潔的推進系統(tǒng)能達到同樣的目的嗎？

一種策略是磁約束核聚變（MCF），為了使MCF適應空間推進。像獵戶座一樣，代達羅斯飛船必須相當大。但是使用氘和氦-3（從月球表面或木星大氣中獲得）作為燃料，代達羅斯飛船可以達到0.12攝氏度，將前往半人馬座阿爾法星的時間縮短到大約40年。

還有其他一些巧妙的想法，比如可以接近光速的Bussard沖壓式噴氣機，但是我們必須填補的引擎尺寸和技術差距變得如此之大，以至于它們看起來可能不會比曲速引擎更容易。所以，讓我們把討論范圍限制在代達羅斯星（Daedalus） 0.12攝氏度的范圍內(nèi)，考慮一下人類的星際航行可能會采取什么形式。

1941年，羅伯特·a·海因萊因（Robert a . Heinlein）寫了一部分為上下兩部的小說，其中描寫了一艘輪船花了很長時間才到達目的地的情節(jié)，船上的人都忘了自己是在船上。相反，他們相信大型飛船是他們的自然世界。

將殖民者送上持續(xù)數(shù)個世紀或數(shù)千年的航程，會引發(fā)一些社會問題，比如讓未出生的后代在行星間穿梭，度過一生是否合乎道德。

1萬年是相當長的一段時間，這意味著要經(jīng)過很多代人才能進入星際空間。但如果我們討論的是40年甚至90年，這可能更容易被更多的人接受。不過，這也引發(fā)了一些問題，比如誰會自愿參加這樣的探險。

但是，如果人們的注意力持續(xù)時間較短，如果我們沒有意愿建造巨大的、移動的殖民地，那該怎么辦呢？

“雞蛋船”是另一種科幻策略：將冷凍的人類胚胎或配子（卵子和精子）送入太空深處。一旦到達目的地星系，胚胎就會發(fā)育。這需要一個人造子宮，目前我們還沒有，但就像人和太空融合一樣，我們在這里討論的是幾十年的事情。

在本世紀的某個時候，無母分娩可能在技術上實現(xiàn)。從理論上講，我們將能夠?qū)⒌蜏刭A藏的胚胎送往太空，如果不受推進力的限制的話，可以在太空中待上幾個世紀，并讓它們在新星球上發(fā)育成足月嬰兒。

然后，所有你需要的只是機器人保姆來撫養(yǎng)和教育嬰兒殖民者。如果有一個領域的技術進步讓人們非常有信心，那就是機器人和人工智能。

如果說“雞蛋船”是科幻，那么假死的方式就多了幾分玄幻，盡管在技術上聽起來雄心勃勃，但醫(yī)學科學正逐步向人類安全冬眠的形式邁進。

目前，醫(yī)生將有意識的病人的體溫降低幾度，從而導致心臟驟停后的輕度低溫昏迷是常規(guī)的做法。這能使大腦在缺氧后恢復，而保持正常體溫會導致所謂的再灌注損傷。

雖然目前還不常見，但在臨床試驗中，創(chuàng)傷外科醫(yī)生正在為嚴重失血的患者將體溫降至略高于冰點的溫度。這是真正的假死狀態(tài)。這個過程只有兩個小時，也可能是三個小時，從而延緩死亡，這樣傷口就可以修復，血液就可以被補充，而人基本上是在這段時間里冬眠。

隨著漸進的發(fā)展，這一過程可能最終會延長到幾個小時，甚至幾天或幾周，從而治療其他疾病。也許，假以時日，我們會讓人們在電腦的監(jiān)督下長時間地沉睡，就像你現(xiàn)在在越洋飛行中打瞌睡一樣，在整個星際航行中昏昏沉沉地入睡。

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