星際航行：一堂令人沮喪的算術(shù)課

一萬(wàn)年太久，只爭(zhēng)朝夕

　　霍金最近心血來(lái)潮，就地外文明、外星人等話題發(fā)表了意見，引發(fā)了媒體對(duì)此類話題的很大興趣。話題之一，就是關(guān)于人類進(jìn)行星際航行的可能性。

　　與地外文明話題聯(lián)系在一起的“星際航行”，當(dāng)然不包括在我們自己太陽(yáng)系中進(jìn)行的行星際航行——這種航行人類已經(jīng)能夠進(jìn)行，盡管目前還只能在離地球不太遠(yuǎn)的地方（比如火星）稍轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)。由于到目前為止從未發(fā)現(xiàn)我們太陽(yáng)系之內(nèi)有別的文明，所以與地外文明聯(lián)系在一起的“星際航行”總是指在恒星之間的航行。

　　要討論這樣的星際航行，我們可以先從非常簡(jiǎn)單的算術(shù)開始思考。

　　通常人們都愿意從離太陽(yáng)系最近的一顆恒星——半人馬座的比鄰星——開始思考，比鄰星距離我們太陽(yáng)系4.3光年，也就是說(shuō)，以光速?gòu)牡厍虻奖揉徯且\(yùn)行4.3年。

　　目前人類實(shí)際能夠達(dá)到的最高星際航行速度是多少呢？

　　從地球上飛出太陽(yáng)系所需要的“第三宇宙速度”，人類已經(jīng)能夠?qū)嶋H達(dá)到，因?yàn)槲覀兿嘈乓呀?jīng)有航天器能夠飛出太陽(yáng)系（到底有沒有飛出，其實(shí)很難確證），這個(gè)速度是16.7公里/秒。注意這個(gè)速度連光速（300000公里/秒）的萬(wàn)分之一都不到。當(dāng)然，按照常理，在此基礎(chǔ)上再努力一下，增加一倍左右，達(dá)到30公里/秒，應(yīng)該說(shuō)還是不太離譜的。

　　如果我們以30公里/秒（光速的萬(wàn)分之一）的速度飛向比鄰星，至少需要43000年。

　　如果我們能夠達(dá)到3000公里/秒（光速的百分之一），飛到比鄰星至少需要430年（這里完全忽略了飛船出發(fā)后加速、到達(dá)前減速之類的過(guò)程所需要的附加時(shí)間）。但這個(gè)速度對(duì)人類目前的科技能力來(lái)說(shuō)已經(jīng)是遙不可及了。

　　其實(shí)在不少問(wèn)題上， 430年和43000年是一樣的。比如，這都大大超出了人類的正常壽命，也大大超出了機(jī)器的工作壽命（至少到現(xiàn)在為止，人類還沒有機(jī)會(huì)實(shí)際考察任何現(xiàn)代機(jī)器設(shè)備能否安然工作400年，更不用說(shuō)宇宙飛船這樣極度復(fù)雜的系統(tǒng)了）。

　　我個(gè)人覺得還有一個(gè)更大的問(wèn)題，那就是，任何在地球上的人們有生之年看不到結(jié)果的實(shí)驗(yàn)、考察、探險(xiǎn)等活動(dòng)，雖然在理論上可以進(jìn)行，但實(shí)際上人們總會(huì)意識(shí)到它對(duì)自己已經(jīng)毫無(wú)意義，所以很難設(shè)想這樣的活動(dòng)會(huì)得到實(shí)施。

　　也許正是考慮到了這一點(diǎn)，英國(guó)皇家宇航學(xué)會(huì)在20世紀(jì)70年代進(jìn)行的星際航行模擬研究“Daedalus工程”（希臘神話中Daedalus造了翅膀逃出迷宮），設(shè)想的飛行速度是30000公里/秒（光速的十分之一），這在此后許多關(guān)于星際航行的假想中被視為一個(gè)重要“門檻”。之所以考慮采用這個(gè)“門檻”，也許和上面提到的心理有關(guān)——如果花43年飛到比鄰星，再等4.3年讓無(wú)線電報(bào)告?zhèn)骰氐厍?，這樣在我們有生之年（半個(gè)世紀(jì)內(nèi)）還可以得到探險(xiǎn)結(jié)果。

上窮碧落下黃泉，兩處茫茫皆不見

　　星際航行是一個(gè)美麗的夢(mèng)想，它既可以在當(dāng)代科學(xué)主義綱領(lǐng)下不顧一切地被追求（現(xiàn)今人類的許多航天活動(dòng)就是這樣），也可以從古代純粹的人文情懷中得到共鳴——《長(zhǎng)恨歌》中那個(gè)道士還“排空御氣奔如電，升天入地求之遍”呢。所以，盡管人類目前實(shí)際能夠達(dá)到的航行速度只有光速的萬(wàn)分之一量級(jí)，但這并不妨礙科學(xué)家對(duì)星際航行展開豐富、系統(tǒng)而且大膽的想象。

　　這種想象已經(jīng)提出了多種方案，大體可以分為兩條路徑。

　　一條路徑是接受目前只能“慢速航行”的現(xiàn)實(shí)，考慮千百萬(wàn)年的長(zhǎng)期航行。這樣的航行必將面臨一系列難以克服的困難。

　　首先是燃料從何處提供？目前人類都是采用固體、液體或氣體燃料來(lái)驅(qū)動(dòng)飛船，但是飛船出發(fā)時(shí)不可能攜帶43000年的燃料，目前也沒有任何在中途添加燃料的能力。想象中的核動(dòng)力也難以維持如此之長(zhǎng)的年代。其次是機(jī)器設(shè)備的工作壽命，迄今為止還沒有一架航天器持續(xù)工作過(guò)50年，43000年誰(shuí)敢指望？

　　這還只是考慮無(wú)人航天器，如果載人，則宇航員要么“冬眠”，那飛船上的支持系統(tǒng)能工作千萬(wàn)年而不出差錯(cuò)嗎？電影《2001太空漫游》中冬眠宇航員因生命維持系統(tǒng)遭電腦切斷而被“謀殺”的命運(yùn)如何避免？要么在飛船上傳宗接代，那這飛船就要被建設(shè)成一個(gè)小型的地球，這就更沒譜了。況且還有近親繁殖問(wèn)題。

　　另一條路徑當(dāng)然是從加快航行速度上來(lái)著手，只要速度足夠快，就可以消解上一條路徑中的大部分困難。這時(shí)“Daedalus工程”中的十分之一光速“門檻”就經(jīng)常會(huì)被用到。已設(shè)想的至少有如下幾種重要方案：

　　核聚變發(fā)動(dòng)機(jī)。這正是“Daedalus工程”本身所設(shè)想的方案，它用的是氫的同位素氘（D）和氦-3（³He）聚變，這樣可以不需用水來(lái)冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)，但是方案所需的數(shù)千頓氦-3，則只能到木星上去提取。所以這只是史詩(shī)般的假想，用來(lái)拍科幻電影可以，要實(shí)施的話目前人類根本沒有這樣的能力和財(cái)力。

　　反物質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)。欲將物質(zhì)轉(zhuǎn)換成為能量，目前所知最有效者，莫過(guò)于物質(zhì)與“反物質(zhì)”的相遇湮滅，能夠釋放出巨大能量。如果想把1頓重的設(shè)備，在50年內(nèi)送到比鄰星，初步的計(jì)算表明，需要1.2公斤反物質(zhì)。但是目前人類的技術(shù)能力，在這方面還差得太遠(yuǎn)。關(guān)于反物質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)在技術(shù)上離我們有多遠(yuǎn)，只要提到一個(gè)事實(shí)就夠了：反物質(zhì)不能存放在任何有形容器中（因?yàn)槿魏斡行稳萜鞫际俏镔|(zhì)，兩者一相遇就要湮滅爆炸），它只能被懸空拘束在一個(gè)真空磁場(chǎng)中。在丹·布朗的小說(shuō)《天使與魔鬼》中，他只敢想象1克的反物質(zhì)。而事實(shí)上，以人類現(xiàn)有的科技能力，哪怕只生產(chǎn)1毫克（1克的千分之一）反物質(zhì)，就需要耗盡全世界的能源。

　　光帆飛船。它很容易在公眾心目中喚起詩(shī)意的聯(lián)想，但是真要實(shí)施的話，技術(shù)上的困難是駭人聽聞的。飛船的光帆將大到數(shù)十平方公里，厚度則只有16納米（1毫米的十萬(wàn)分之一多一點(diǎn)）。這樣的帆怎樣張開？更別說(shuō)還要操縱它了。還需要在土星和天王星之間的的某個(gè)位置建造巨大的太陽(yáng)能—激光轉(zhuǎn)換器，設(shè)想中該轉(zhuǎn)換器直徑竟達(dá)1公里，據(jù)說(shuō)射出的激光束可以遠(yuǎn)至40光年也不發(fā)散……。不過(guò)，這個(gè)宏偉的方案真要實(shí)施的話，它的能量消耗將是現(xiàn)今整個(gè)地球生產(chǎn)能力的幾萬(wàn)倍。

何以解憂，唯有蟲洞？

　　上面這些史詩(shī)般的狂想方案中，基本上都沒有考慮人。人類向外太空的探險(xiǎn)行動(dòng)，最先派出無(wú)人飛船當(dāng)然可以，但最終總要派人去到彼處才行。而一旦考慮了人的因素，立刻出現(xiàn)兩方面的困難。

　　首先是生理上的問(wèn)題。在“Daedalus工程”類型的方案中，要求飛船的巡航速度達(dá)到光速的十分之一，即每秒30000公里，這必然有一個(gè)現(xiàn)今難以想象的加速過(guò)程，人體瞬間能夠承受多大的加速度？對(duì)某種加速度又能夠持續(xù)承受多長(zhǎng)時(shí)間？在民航客機(jī)起飛和降落時(shí)，這么一點(diǎn)點(diǎn)加速度就會(huì)使某些乘客不適甚至發(fā)病。宇宙飛船如果急劇加速，說(shuō)不定剛起飛不久宇航員就七竅流血而死了。

　　其次是心理上的問(wèn)題。如果奉派飛往比鄰星，以光速的十分之一巡航，這對(duì)宇航員來(lái)說(shuō)意味著什么？43年如一日在船艙里，到了比鄰星后，即使能夠順利返回地球，那至少也得86年以后了——這其實(shí)就是終身監(jiān)禁?。∈篱g有幾人能夠承受？

人類星際航行的真正出路，恐怕只能是目前誰(shuí)也沒見過(guò)的蟲洞了。