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      去恒星要多久?

      2017-08-28 22:44:28
      大自然探索 2017年8期
      關(guān)鍵詞:反物質(zhì)光速美國宇航局

      載人前往除太陽之外的另一顆恒星?現(xiàn)階段還沒有任何辦法,但我們不妨縱情想象一番。

      很多天文迷都想過這樣的問題:前往除太陽之外離我們最近的另一顆恒星,要花多長時間?在一個人的有生之年可不可以?像這樣的旅行,好久才能成為常態(tài)?這樣的問題有許多可能的答案,其中一些很簡單,另一些則很科幻。要想得到一個全面的答案,意味著有許多方面需要考慮。

      不幸的是,任何現(xiàn)實的評估都可能讓著迷于星際(意思是恒星之間)旅行的人大失所望。太空實在太大,而我們的技術(shù)依然很有限。但假如我們張開想象的翅膀,那就有一系列“手段”去往一顆恒星。距離我們最近的恒星是太陽。它是一顆相當(dāng)“一般”的“主序星”,意思是說它非常穩(wěn)定,為地球提供的熱量剛好夠生命在地球上的演化??茖W(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)知道,有行星繞著太陽系附近的恒星轉(zhuǎn),其中許多恒星與太陽相似(天文學(xué)上叫類太陽)。

      在未來,如果人類希望離開太陽系,那么有很多顆系外(即太陽系之外的)行星可供我們選擇前往,而且許多系外行星都可能具有支持生命的條件。但我們究竟該去往哪里?要花多長時間才能到那里?請記住,這篇文章完全是在紙上談兵,現(xiàn)階段我們還沒有任何辦法前往系外行星。在這個大前提下,現(xiàn)在就讓我們縱情想象吧!

      最近的恒星

      距離太陽系最近的恒星是半人馬座毗鄰星,這讓它成為我們前往系外行星時首選的目的地。作為一個三恒星系統(tǒng)——半人馬座阿爾法星系統(tǒng)的一部分,毗鄰星距離地球大約4.22光年。半人馬座阿爾法星實際上是這3顆恒星中最亮的一顆,也與另一顆恒星構(gòu)成相互近距離環(huán)繞的雙星系統(tǒng),該系統(tǒng)距離地球4.37光年。毗鄰星是這3顆恒星中最暗的一顆。它是一顆紅矮星,距離另外兩顆恒星大約都是0.13光年。

      雖然關(guān)于星際旅行的許多設(shè)想都包含超光速的內(nèi)容,其中從曲速引擎和蟲洞到跳躍引擎及阿庫別瑞引擎的都有,但這些設(shè)想要么具有濃厚的幻想色彩,要么純屬科幻。事實上,任何前往太陽系以外的任務(wù)都很可能要花好幾代、好幾十代甚至好幾百代人的時間才能完成,而不可能只花幾天就一蹴而就。讓我們從最慢的太空旅行方式說起,用這種方式,前往毗鄰星要花多久呢?

      現(xiàn)行技術(shù)

      說起到太空中某地要花多長時間這個話題,如果以現(xiàn)有技術(shù)和太陽系以內(nèi)的天體為例,要好說得多。例如,使用為美國宇航局“新地平線號”任務(wù)提供動力的技術(shù)(有16部推進器,它們由肼單元推進劑提供燃料)前往月球,只需要8小時35分鐘。另一方面,歐洲空間局的“聰靈-1”任務(wù)前往月球使用的是離子推進,花了1個月零兩周才到達(dá)月球。后來,美國宇航局的“黎明”任務(wù)也運用了離子推進探索灶神星。

      從比較快速的火箭驅(qū)動到節(jié)省成本的離子推進,我們已經(jīng)有一些手段在局部太空來回。另外,我們也可以借助木星或土星引力來為飛船加速。然而,如果我們要思考去往太陽系以外那么遙遠(yuǎn)的地方,那么就不得不升級現(xiàn)有技術(shù),并且考慮一些有可能的未來技術(shù)。

      當(dāng)我們說到有可能的技術(shù),其實是包含現(xiàn)有技術(shù)和雖然現(xiàn)在還沒有、但技術(shù)上可行的技術(shù)。其中一些技術(shù)經(jīng)過了時間證明,其他一些技術(shù)正在浮現(xiàn)或有可能很快出現(xiàn)。但使用這些技術(shù),要想前往太陽系以外的話都很費時。

      離子推進

      這是眼下最慢的推進形式,但離子引擎的燃料效率最高。幾十年前離子推進還被視為科幻,但近年來,該技術(shù)不僅成為了現(xiàn)實,而且大踏步發(fā)展。“聰靈-1”使用的是由太陽能驅(qū)動的離子推進器,即把采集自太陽能電池板的電能用來推動霍爾效應(yīng)推進器?!奥旍`-1”前往月球只用了82千克的氙推進劑。1千克氙推進劑就足以推動每秒45米的變速(太空機動需要飛行器變速)。不難看出,離子推進是一種效率很高的推進方式,但它絕對稱不上快速推進。

      1998年,美國宇航局“深空1號”任務(wù)采用了離子推進技術(shù)來前往波萊利彗星,這也是該技術(shù)的最早運用之一?!吧羁?號”飛行器采用的也是氙驅(qū)動離子引擎,消耗了81.5千克的推進劑。經(jīng)過20個月的推進,飛行器在飛近彗星時的速度達(dá)到了每小時5.6萬千米。離子推進比火箭技術(shù)省錢得多,因為前者每單位推進劑質(zhì)量產(chǎn)生的推力(簡稱比沖量)要高許多。但要想把飛行器加速到很高的速度,所花時間也要長得多。離子推進能實現(xiàn)的最大速度取決于燃料供應(yīng),以及能產(chǎn)生多少電能。

      如果離子推進被用于前往毗鄰星,推進器就需要巨大的能量源(核電)和巨量的推進劑(盡管比常規(guī)火箭還是要少些)。以81.5千克氙推進劑轉(zhuǎn)化為每小時5.6萬千米的最大速度來計算,并且不考慮其他任何推進方式(例如借助引力加速),那么“深空1號”要花8.1萬年,即超過2700代人的時間,才能從地球旅行到毗鄰星。當(dāng)然,如果把離子引擎做得很大,能力也提得很高(即離子排氣速度大大增加),并且有足夠推進劑保持飛行器在途中持續(xù)加速,那么旅行時間可能會大大縮短,但也絕對縮短不到一個人有生之年這個范疇。

      借助引力

      現(xiàn)有最快的太空航行手段是借助引力,即飛行器運用軌道運動(相對運動)和行星引力來改變飛行器的軌道和速度。借助引力是一種非常有用的太空飛行技術(shù),尤其是借助太陽、地球或另一顆大質(zhì)量行星(例如木星)來提高飛行器的速度。

      美國宇航局“水手10號”飛行器率先使用了借助引力。1974年2月,它運用金星引力,把自己彈射到前往水星的軌道。20世紀(jì)80年代,美國宇航局“旅行者1號”探測器運用土星和木星的引力彈弓效應(yīng),把自己加速到每小時6萬千米的速度,從而進入星際空間。

      1976年,美國宇航局發(fā)射“太陽神2號”探測器,目的是研究距離太陽0.3~1天文單位的行星際介質(zhì)。引人矚目的是,“太陽神2號”達(dá)到了迄今為止借助引力所實現(xiàn)的最高速度。當(dāng)時,“太陽神2號”和1974年發(fā)射的“太陽神1號”成為距太陽最近的飛行器紀(jì)錄保持者?!疤柹?號”是由美國宇航局常規(guī)運載火箭“大力神/半人馬座”發(fā)射的,它被送入一個偏心率很高的橢圓軌道。在這個周期為190天的太陽軌道中的近日點,“太陽神2號”的最大速度超過每小時24萬千米。這一軌道速度是僅憑太陽的引力作用達(dá)到的?!疤柹?號”依然保持迄今為止最快的人造物體紀(jì)錄。

      如果“旅行者1號”以每小時6萬千米的速度飛向毗鄰星,那么要花7.6萬年(超過2500代人)的時間才能到達(dá)。如果它的速度達(dá)到“太陽神2號”的每小時24萬千米,那么它依然要花1.9萬年(超過600代人)的時間才能到達(dá)毗鄰星。

      電磁驅(qū)動

      科學(xué)家提出的另一種可能行得通的星際旅行技術(shù)是射頻共振腔推進器,簡稱電磁驅(qū)動。這一思路由英國科學(xué)家沙耶在2001年提出,他還建立了專門機構(gòu)來研究怎樣實現(xiàn)這一理念。這一理念的核心是,電磁微波腔能把電能直接轉(zhuǎn)化為推力。

      盡管常規(guī)電磁推進器的設(shè)計都是為了推動某種類型的質(zhì)量(例如離子化微粒),電磁推動卻不依賴反應(yīng)物料,也不發(fā)出定向輻射。但電磁驅(qū)動理念遭到不少科學(xué)家懷疑,主要原因是它違反動量守恒定律。所謂動量守恒,是指一個系統(tǒng)內(nèi)的動量不變,即動量不會產(chǎn)生也不會消滅,而是通過力的作用發(fā)生形式改變。

      然而,近年來針對電磁驅(qū)動技術(shù)的實驗,卻出現(xiàn)了看起來正面的結(jié)果。美國宇航局先進推進技術(shù)研究團隊2014年7月宣布,他們成功測試了一種電磁推進器新設(shè)計。2015年4月,美國宇航局約翰遜太空中心宣布,他們在真空中成功測試了這種電磁推進器,這表明電磁推動在太空旅行中可能行得通。2015年7月,德國德累斯頓太空科學(xué)家建造了自己的電磁驅(qū)動器,并且觀察到了推力。2010和2014年,中國西北工業(yè)大學(xué)科學(xué)家發(fā)表了對電磁驅(qū)動技術(shù)的系列研究,認(rèn)為電磁驅(qū)動的確行得通。

      根據(jù)美國宇航局對電磁驅(qū)動器雛形的研究結(jié)果,配備電磁驅(qū)動器的飛行器有可能在不到18個月的時間里從地球飛到冥王星。這僅為“新地平線號”這一行程所花時間的1/6。聽起來很不錯,但就算按照這個速度,配備電磁驅(qū)動器的飛行器也要花超過1.3萬年才能從地球飛到毗鄰星。

      熱核推進和核電推進

      另一種實現(xiàn)行星際旅行的可能性,是使用配備核引擎的飛行器。美國宇航局探索這一理念已有幾十年。在熱核推進火箭中,鈾或氘反應(yīng)產(chǎn)生的能量被用來加熱反應(yīng)器內(nèi)的液態(tài)氫,把它變成離子化的氫(等離子體)。等離子體被導(dǎo)引通過火箭噴嘴噴出產(chǎn)生推力。核電推進火箭涉及同樣的基本反應(yīng),把熱量和能量轉(zhuǎn)化為電能,推動電引擎。在這兩種情況下,火箭都依賴核裂變或核聚變(而非依賴化學(xué)推進劑)產(chǎn)生推力。而迄今為止,美國宇航局及其他航天機構(gòu)主要依賴的還是化學(xué)火箭。

      與化學(xué)推進相比,不管是熱核推進還是核電推進都有不少優(yōu)勢。首先和最明顯的是,與火箭燃料相比,這兩種推進提供的能量密度幾乎無限。第二,核能引擎比沖量高,意味著需要的推進劑總量少,發(fā)射重量相對低,任務(wù)成本也低些。雖然熱核或核電引擎至今尚未試飛過,但過去幾十年來這方面的設(shè)計理念不斷涌現(xiàn)和經(jīng)過理論論證。這些理念中既包括傳統(tǒng)的固體芯設(shè)計,也包括更先進、效率更高的液體芯和氣體芯設(shè)計。

      美國宇航局科學(xué)家估計,使用由核裂變或核聚變驅(qū)動的核引擎,當(dāng)火星最靠近地球時,飛船只需90天就能從地球飛到火星。但是核動力飛船要想從地球飛到毗鄰星的話,仍然要花好幾百年才能加速到光速的1/10左右,此后還得飛好幾十年,在到達(dá)目的地之前還得花許多個世紀(jì)來減速。也就是說,核動力飛行器至少要花1000年時間才能從地球飛到毗鄰星。如此看來,核動力引擎對于行星際任務(wù)來說是誘人的,但對于星際任務(wù)來說還是免談了。

      總而言之,運用現(xiàn)有技術(shù)進行載人星際旅行可以說完全不可能。如果要在一代人的時間內(nèi)完成載人星際旅行,就需要極端的、目前依然是純理論的技術(shù)。雖然蟲洞和跳躍引擎之類的概念到了這一刻仍然純屬科幻,但依然有一些相當(dāng)前衛(wèi)的理念這些年來得到過考慮。

      核脈沖推進

      這是一種理論上可行的技術(shù),由參與曼哈頓計劃的美國數(shù)學(xué)家尤拉姆在1946年提出。1947年,尤拉姆等人對此理念進行了初步計算。實際的核脈沖項目是“獵戶座”,它從1958年啟動,一直持續(xù)到1963年?!矮C戶座”項目的牽頭人是美國著名物理學(xué)家泰勒和戴森,他們希望運用脈沖核爆炸能量提供比沖量很高的巨大推力。簡單地說,“獵戶座”的原理就是:一艘大型飛船和源源不斷的熱核彈頭供應(yīng);從飛船后部釋放核彈;在飛船尾部擠壓墊的幫助下,飛船駕乘爆震波前進。每次核爆炸后,爆發(fā)力都被擠壓墊吸收,轉(zhuǎn)化為向前的推力。

      從現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)看,“獵戶座”理念可以說很糟糕。但它的一大優(yōu)點是能達(dá)到很高的比沖量,因而節(jié)約成本。此外,該理念在理論上能達(dá)到很高的速度,甚至達(dá)到光速的5%。然而,這一設(shè)計的缺點也很突出。首先,如此規(guī)模的飛船建造成本很高。根據(jù)戴森在1968年的估計,一艘采用氫彈產(chǎn)生推進力的“獵戶座”飛船重達(dá)40萬~400萬噸,其中至少1/3的重量是氫彈,每一枚彈頭重量大約為1噸。

      總共加在一起,當(dāng)時根據(jù)戴森最保守的估計,“獵戶座”飛船的建造成本高達(dá)3670億美元,相當(dāng)于現(xiàn)在的2.5萬億美元,即美國政府目前年收入的2/3。就算不說核廢料問題,也還得說說輻射問題。事實上,正由于“獵戶座”飛船的輻射極大,這一項目后來被終結(jié)。

      聚變火箭

      另一種核動力飛船設(shè)計,是讓火箭依賴熱核反應(yīng)產(chǎn)生推力。按照這種理念,與美國加州“國立點火設(shè)施”的情況相似,使用電子束,通過慣性約束點燃反應(yīng)堆中的氘/氦3混合彈丸。這種聚變反應(yīng)堆每秒引爆250粒彈丸,產(chǎn)生高能等離子體,接著由磁噴嘴噴出產(chǎn)生推力。

      與依賴核反應(yīng)堆的火箭相似,這一設(shè)計的優(yōu)勢包括燃料效率和比沖量高。據(jù)估計,高能等離子體噴出的速度高達(dá)每秒1.06萬千米,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)火箭的速度。此外,該理念在過去幾十年里得到了廣泛研究,科學(xué)家在這方面提出了諸多設(shè)想。例如,1973和1978年,英國“行星際學(xué)會”研究了“代達(dá)羅斯計劃”(在希臘神話中,代達(dá)羅斯是建筑師和雕刻家,曾為克里特國王建造迷宮)。依賴對核聚變技術(shù)的現(xiàn)有知識和現(xiàn)行辦法,該研究呼吁建造一艘兩級不載人科考探測器,把它發(fā)射到距離地球5.1光年的巴納德星,行程歷時在一個正常人的壽命范圍內(nèi)。其中第一級是兩級中較大的一級,它將工作2.05年,把飛船加速到光速的7.1%。這一級隨后被丟棄,此刻第二級引擎點火,在1.8年的時間里把飛船加速至光速的12%。這時,第二級引擎關(guān)閉,飛船進入為期46年的巡航階段。

      據(jù)代達(dá)羅斯項目團隊估計,這艘無人飛船要花50年才能到達(dá)巴納德星。如果把目的地改為毗鄰星,那么要花36年。當(dāng)然,這個計劃也有許多鴻溝難以逾越。例如,氦3在地球上很稀缺,因此需要從月球或其他天體上采掘。第二,推動飛船的核反應(yīng)所要求的能量釋放力度很大,目前的技術(shù)根本達(dá)不到這個要求。第三,建造這種飛船的成本太高太高。滿載燃料的飛船重量達(dá)6萬兆噸(1兆噸為100萬噸)。就算真的能發(fā)射如此沉重的飛船(實際上根本不可能),其發(fā)射成本也是根本無法負(fù)擔(dān)的。

      簡言之,不僅聚變火箭的成本決定了目前根本不可能生產(chǎn)這樣的火箭,而且建造這種火箭所需的技術(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有技術(shù)水平。由公民科學(xué)家(其中一些是美國宇航局和歐空局前職員)組建的“伊卡洛斯星際”組織于2009年成立,該組織希望讓聚變火箭等未來推進技術(shù)在不遠(yuǎn)的將來變得可行。

      聚變噴氣推進

      這一理念由美國物理學(xué)家柏薩德在1960年提出。它其實是標(biāo)準(zhǔn)核聚變火箭的改進版,即使用磁場把氫燃料壓縮到聚變發(fā)生點。此外,用巨大的電磁“漏斗”把星際介質(zhì)中的氫“舀”出來,“倒”進飛船的核反應(yīng)堆作燃料。隨著飛船加速,反應(yīng)物質(zhì)被迫進入一個越來越收縮的磁場,一直被壓縮到熱核聚變發(fā)生。磁場導(dǎo)引能量作為火箭排氣通過引擎噴嘴,由此加速飛船。由于無需燃料箱,飛船質(zhì)量減輕,因此聚變噴氣飛船能達(dá)到光速的4%,而且能飛編整個星系。

      然而,聚變噴氣推進的缺點也不少。例如,阻力是一個大問題。聚變噴氣飛船依賴速度增加來積累燃料,但隨著飛船與越來越多的星際氫碰撞,飛船可能會減速,這在星系中的稠密區(qū)域尤其可能發(fā)生。第二,氘和氚(地球上的聚變反應(yīng)堆用的就是它們)在太空中很罕見,而聚變在宇宙中很豐富的常規(guī)氫,則不在目前掌握的技術(shù)范疇內(nèi)。

      聚變噴氣推進理念在科幻作品中被大肆渲染。這方面最有名的例子可能要算是美國科幻連續(xù)劇《星球旅行》中的“柏薩德采集器”——曲速引擎上的發(fā)光艙。而在現(xiàn)實中,人類對聚變反應(yīng)的認(rèn)識還需要大大擴展,才有可能造出聚變噴氣飛船。當(dāng)然,還得想出對抗阻力效應(yīng)的法子。這顯然也不是近期能實現(xiàn)的。

      激光帆

      在探索太陽系方面,太陽帆一直被認(rèn)為是一種節(jié)約成本的方式。除了相對便宜和容易建造之外,太陽帆還無需任何燃料。太陽帆及廣義的太空帆不需要火箭推進劑,只需要恒星的輻射壓力,就能把超薄的鏡面式太空帆推進到高速。但對于星際飛行來說,需要聚焦能量束(激光或微波)來推動太空帆達(dá)到光速的幾分之一。這一理念最早是由美國物理學(xué)家佛華德在1984年提出的,當(dāng)時他任職于美國休斯飛機研究室。

      這一理念保留了太陽帆的好處,即無需機載燃料,但它也利用了這樣一個事實:不像太陽輻射那樣,激光能量幾乎不隨距離的增加而耗散。因此,不僅激光帆假以時日能達(dá)到所需的速度,而且其速度僅僅受光速本身限制。根據(jù)美國宇航局噴氣推進實驗室先進推進概念研究部主任弗里斯比2000年的一項研究,只需不到10年時間,就能把激光帆加速到光速的一半。他還算出,直徑320千米的激光帆只需12年就能從地球飛到毗鄰星。如果激光帆直徑達(dá)到965千米,那么這一時間會減少至9年以內(nèi)。

      然而,為了避免熔化,激光帆必須由先進的復(fù)合材料制作??紤]到激光帆的大小,其制作成本高得難以估量。建設(shè)與之匹配的激光站的費用,更是高達(dá)天文數(shù)字,全球各國財政收入加起來也不見得夠。根據(jù)弗里斯比的研究,驅(qū)動上述超大型激光帆所需的激光強度高達(dá)1.7萬太(1太=1萬億)瓦,相當(dāng)于全球每天的激光總強度,況且激光帆所需的激光必須持續(xù)提供很長一段時間,才能把激光帆加速到光速的一半??傊?,無論是從技術(shù)水平還是從建造成本來說,超大型激光帆的建造在今后很長一段時間內(nèi)都不可行,更不要說用激光帆飛船載人到太陽系以外。

      反物質(zhì)引擎

      科幻迷肯定都聽說過反物質(zhì)。但如果你并不知道什么是反物質(zhì),那這里簡單介紹一下:反物質(zhì)基本上是由反粒子組成的物質(zhì);反粒子與基本粒子質(zhì)量相同,但電荷相反。反物質(zhì)引擎是這樣一種推進形式:它利用物質(zhì)和反物質(zhì)之間的相互作用發(fā)電,或者說創(chuàng)造推力。簡言之,反物質(zhì)引擎涉及氫和反氫粒子的相互猛烈撞擊(湮滅)。這種反應(yīng)釋放的能量與氫彈相當(dāng),另外還要釋放大量亞原子(介子和μ介子)粒子,這些粒子的穿行速度達(dá)到光速的1/3,因此可被磁噴嘴引導(dǎo)來產(chǎn)生推力。

      反物質(zhì)火箭的優(yōu)勢在于,物質(zhì)/反物質(zhì)混合體的大部分靜止質(zhì)量都可能被轉(zhuǎn)化為能量,這讓反物質(zhì)火箭比其他任何類型的火箭都有高得多的能量密度和比沖量。不僅如此,控制好這種反應(yīng),就能把火箭和飛船的速度提高到光速的一半。反物質(zhì)飛船將是最快和最省燃料的飛船。常規(guī)火箭需要幾噸化學(xué)燃料才能把飛船送到目的地,而反物質(zhì)引擎做同樣的事只需幾毫克燃料。事實上,225克氫和反氫粒子的相互湮滅所釋放的能量,比一枚百萬噸級的氫彈釋放的能量還多。

      正是因為這個理由,美國宇航局先進概念研究院一直在研究讓反物質(zhì)推進成為未來載人火星任務(wù)主要推進手段的可能性。不幸的是,如果要考慮通過反物質(zhì)推進技術(shù)去往其他恒星系統(tǒng),燃料需求量就會猛漲,其成本會高達(dá)天文數(shù)字,因而完全行不通。

      根據(jù)弗里斯比等人的估計,如果要前往毗鄰星,一枚兩級反物質(zhì)火箭需要90萬噸燃料,就能在不到40年的時間里把飛船送到目的地。聽起來真不錯。問題是,雖然僅僅1克反物質(zhì)就能產(chǎn)生多得令人難以置信的能量,但生產(chǎn)僅僅1克反物質(zhì)就需要差不多2.5億千瓦的能量,成本超過1萬億美元。目前,全球生產(chǎn)的反物質(zhì)總量也才不到20納克(1納克等于十億分之一克)。

      就算能相對便宜地生產(chǎn)反物質(zhì),也需要巨大的飛船來裝載所需的燃料。根據(jù)測算,配備反物質(zhì)引擎的飛船飛行速度能達(dá)到光速的50%,因此能只用略微超過8年的時間就從地球飛到毗鄰星。然而,飛船自身重量就會超過4億噸,還需要1.7億噸的反物質(zhì)。有一種可能的途徑,就是讓飛船創(chuàng)制反物質(zhì),把它作為燃料使用。這一被稱為“真空反物質(zhì)火箭星際探索者系統(tǒng)”的理念,是由“伊卡洛斯星際”組織的科學(xué)家提出的。根據(jù)該設(shè)想,反物質(zhì)飛船可依賴大型激光(由巨型太陽能電池陣列供電),在真空中發(fā)射激光就能產(chǎn)生反物質(zhì)粒子。

      與聚變噴氣推進構(gòu)想一樣,這一設(shè)想解決了讓飛船攜帶燃料的難題,即通過在太空中制造燃料。但同樣,反物質(zhì)飛船的建造成本以現(xiàn)有技術(shù)來說完全無法想象。另外,科學(xué)家目前也毫無辦法大量制造反物質(zhì)。當(dāng)然也還有輻射問題,因為物質(zhì)-反物質(zhì)湮滅會產(chǎn)生高能伽瑪射線。這不僅會威脅飛船上的人(除非有有效防護設(shè)施,而防護設(shè)施會增加飛船重量、制造成本和建造難度),而且要求對引擎的防護,否則引擎會因為暴露在強輻射面前而發(fā)生原子退化??偠灾m然反物質(zhì)火箭說起來很美,但以現(xiàn)有技術(shù)和預(yù)算來說根本就不切實際,屬于空想范疇。

      阿庫別瑞曲速引擎

      科幻迷肯定對阿庫別瑞曲速引擎(以下簡稱曲速引擎)也不陌生。這一假想由墨西哥物理學(xué)家阿庫別瑞在1994年提出,其核心是狂想快于光速的旅行。簡言之,這一理念涉及拉伸波中的時空結(jié)構(gòu),理論上能造成一個天體前方的空間收縮,后部空間擴張。這個波內(nèi)的物體(即飛船)能駕乘這個波——“曲速泡”,從而超光速。因為飛船并未在曲速泡內(nèi)移動,而是被曲速泡牽著走,時空和相對性的制約就不復(fù)存在。這里所說的快于光速,只是說飛船能比曲速泡外的光束更快到達(dá)目的地。如果一艘飛船能裝備曲速引擎系統(tǒng),它就能在不到4年時間內(nèi)從地球飛到毗鄰星。從純理論上說,這是目前最快和最有希望的星際旅行辦法。

      很自然地,這些年來科學(xué)界對這一構(gòu)想也是褒貶不一。主要的反對觀點是,曲速引擎沒有考慮量子力學(xué),回圈量子重力理論完全有可能推翻曲速引擎理論。對其中涉及的能量的計算也表明,要使曲速引擎起作用所需要的能量也高得離譜。其他不確定性包括曲速引擎的安全性、對目的地時空的影響以及對因果定律的違背。

      不過,美國宇航局科學(xué)家懷特等人2012年宣布,他們已經(jīng)開始研究曲速引擎的可行性。懷特聲稱,他們構(gòu)建的一臺干涉儀能探查曲速引擎造成的時空脹縮所引起的空間扭曲。2013年,美國宇航局噴氣推進實驗室發(fā)表了在真空條件下進行曲速場(次元護盾)研究的結(jié)果——“不具有確定性”。隨著時間的推移,或許我們會發(fā)現(xiàn)曲速引擎的確違背一項或多項自然定律。就算曲速引擎不違背自然規(guī)律,也無法保證它會被用于或能夠被用于快于光速的旅行。

      總而言之,如果你希望在有生之年去太陽系以外旅行,那多半沒指望。但如果人類真的感覺有必要建造“星際方舟”,讓飛船上的人生活自給自足,并且真的投巨資、下苦功研發(fā)這方面所需的技術(shù),那么再過100年或200年的確有可能成功。而如果沒有建造“星際方舟”的必要,恐怕就不要著這個急,畢竟,相對現(xiàn)實的載人星際旅行思路目前都只是或基本上是屬于科幻范疇。

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