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星际旅行如何实现?看看我们已掌握的技术
2016-01-21 12:17:13  出处:星空天文网   编辑:万南   点击可以复制本篇文章的标题和链接

几代人以来,我们只能遥望远方,猜测那里是否有行星,是否有适合我们所知生命繁衍生息的条件。经过25年的努力之后,我们已经发现了几千颗行星,其中一部分可能就是和地球类似的、适合生命生存的世界。但我们究竟是否可以亲身前往?

星际旅行如何实现?看看我们已掌握的技术
离子发动机

前往遥远世界必须依赖星际旅行。就理论上而言,这无疑是可行的。但这种旅行无疑又是受限的。

星际旅行如何实现?看看我们已掌握的技术
1981年,一台航天飞机主发动机正在进行测试。NASA

常规技术

使用当今的技术,从理论上而言,是可以前往另一颗恒星的。但我们需要建造一艘庞大的飞船,容纳一个小型社会。宇航员需要在飞船上繁衍生息,经历几代人的时间后,方可抵达目的地。我们的速度只能达到每秒几十公里,最多是每秒几百公里,因此在整个旅程中,我们只能在飞船上进行食物生产和水循环。我们也可以采用冷冻复苏技术,在旅途中,把宇航员、植物和其它生物冷冻起来,使其进入休眠状态,等到达目的地后再唤醒。

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1965年,电视剧《迷失太空》中描绘的冷冻技术。CBS

我们其实不必担心和星际天体遭遇,不必担心和小行星或行星相撞。因为这些天体在太空中分布的密度相当低。这样的旅程至少要花去几十万年时间,才能抵达离我们最近的恒星。

因此这样的旅行是有去无回的。

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家用核聚变反应堆(想像图),是通往100%效率完美引擎之路上的关键一步。William Jack

基于已知物理学的未来技术

所以我们如果能够提升我们的技术,就有希望做得更好。

燃料的改进:当前的化学燃料效率非常低,我们只把它质量的0.001%转化成了推力。我们可以使用核燃料(效率大约是1%),也可以使用反物质燃料。后者的效率高达100%。

推进术的改进:假如能够在飞船上装载大量正-反物质燃料,我们就能在旅途中持续加速。人类能够承受的推力和地球引力相似,因此我们可以把飞船指向目的地,然后设定9.8米/秒^2的加速度,等飞到一半后,再调转方向,反推减速。

旅行时间的缩短:这样的加速能够让飞行速度在几年后接近光速,因此我们只需花去20-40年的船上时间,便能到达许多恒星。

这非常不错,因为我们不需要建造一艘供几代人生活的飞船。不过我们还得高速穿越星际介质,因此我们还需要一个足够强大的磁场,以及一张星云地图来保证安全。如果我们同时还精通冷冻术,我们甚至无须携带太多物资,只要到达目的地后对种子和受精卵进行种植和孵化即可。

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巴萨德星际冲压发动机,能够用激光电离星际气体氢,把它当作推进剂。NASA

不利的一面是,这样的旅行对于飞船上的人来说,由于狭义相对论的时间膨胀效应,只需几十年。前往一颗几百或几千光年外的恒星,在地球上就要经历几百或几千年的等待时间宇航员只能和地球上的后代进行通讯。这样的单程旅行对于留在地球上的人们来说,既没有办法了解宇航员到了哪里,也没有机会获得来自远方的信息。

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波姆力学中的双缝轨迹。这一原理也许能够让通过虫洞进行亚空间通信成为可能。维基共享资源

推测性技术

瞬间转送?曲速引擎?亚空间通信?这些都属于“梦想技术”。这些概念的基础是现代理论物理学,但在我们这个宇宙中是否可行仍是个谜

瞬间转送术,理论上可以利用量子纠缠的特性,把任何量子体系从一处瞬间转移到另一处,因为该体系波函数的可能性在两处都是一种有限物。但这在宏观体系和大尺度距离上是否行得通仍然是未知的。

曲速引擎和瞬时通信都需要弯曲时空,和把信号或物质通过被弯曲的时空进行无损传送的能力。从原理上讲,通过广义相对论,我们有找到解决方案的可能。但是要做到这一点,我们就不得不考虑成本和风险:

所需的能量是否大得惊人?比如要耗尽太阳的全部能量?
强大的潮汐力是否会摧毁任何试图通过弯曲的空间进行传输的物质?
将空间高度弯曲并恢复原样的过程,是否会摧毁周边的任何物质?
将时空中不同的两个点连接起来究竟是否有可能?

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史瓦西虫洞的精确数学图示。维基共享资源

在当前,最切实际的方法还是买一张单程票,而不是等待也许永远不可能实现的技术到来。我们应该睁大眼睛,也许某种今天看来难以理解的进展,在未来就能实现我们的星际旅行之梦。保持严谨的态度,用质疑面对夸夸其谈,但同时也要准备接纳一切可能。我们伟大的宇宙大航海时代必将到来。

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