這個(gè)幻想不少電影已經(jīng)替我們實(shí)現(xiàn)了,，這些年關(guān)于太空的電影無(wú)一不大爆,，《星際穿越》、《星際迷航》,、《星際救援》等等,。然而，電影是電影,，現(xiàn)實(shí)是現(xiàn)實(shí),，真正的情況是，人類目前航行的最遠(yuǎn)的旅行者號(hào),，還沒(méi)有離開(kāi)太陽(yáng)系,。

當(dāng)然這不妨礙我們繼續(xù)向往星級(jí)旅游，電影里頻繁提到“曲速引擎”,，也許就是我們實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想的最有利工具,，有了它，我們就可以實(shí)現(xiàn)愿望,，突破光速的極限,，人類將開(kāi)啟星際旅行。

星際系列電影劇照

星際航行的困難

人類想要實(shí)現(xiàn)星際間的穿梭,，必須要克服三個(gè)最基本的困難,。首先是燃料，我們目前的航天器使用的是航天煤油,、氫能,、太陽(yáng)能和核能的混合。在地球上發(fā)射時(shí)利用航天煤油與液態(tài)氫燃燒產(chǎn)生巨大的推動(dòng)力達(dá)到第一宇宙速度,，將航天器材送入太空,。

圍繞地球的衛(wèi)星在進(jìn)入自己的軌道后利用萬(wàn)有引力維持轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)依靠太陽(yáng)能維持上面的電器設(shè)備運(yùn)行,。如果需要離開(kāi)地球前往太陽(yáng)系別的星體,，就要達(dá)到第二宇宙速度逃離地球的引力范圍。

這個(gè)過(guò)程中僅依靠太陽(yáng)能是不夠的,，航天器會(huì)開(kāi)啟自己的核能系統(tǒng),。理論上，核聚變和裂變是可以無(wú)窮無(wú)盡循環(huán)的,，但實(shí)際上會(huì)有能量的損耗,。旅行者號(hào)在后期為了節(jié)省能源只能選擇關(guān)閉自己的幾個(gè)系統(tǒng)，由此與地球失聯(lián),，可見(jiàn)我們沒(méi)有那個(gè)技術(shù)做到星際供能,。

人類航天器

其次就是推動(dòng)力，我們?cè)诘厍蛏峡梢允褂萌剂贤七M(jìn)，但是進(jìn)入真空的宇宙,，燃料無(wú)法燃燒,，如何提供巨大推動(dòng)力呢？這一點(diǎn)可以利用其它星體的引力實(shí)現(xiàn),。

2011年美國(guó)發(fā)射的飛船朱諾號(hào)利用木星的引力,，將速度達(dá)到了73.6公里/秒，成為人類有史以來(lái)飛行速度最快的航天器材,。而太空中比木星大的星體數(shù)不勝數(shù),，我們可以在飛躍它們的過(guò)程中借助它們的引力。

美國(guó)的朱諾號(hào)

最后就是速度的問(wèn)題,，朱諾號(hào)可以每秒飛行70多公里,，可這速度放到太空中根本不值得一提。距離我們最近的恒星星系是半人馬座,，距離我們4.3光年,，即使我們達(dá)到光速也要花費(fèi)四年多，往返下來(lái)就要10年左右,。

所以對(duì)于星際航行來(lái)說(shuō),，達(dá)到光速只是基本，超越光速才能實(shí)現(xiàn)自由穿越,。對(duì)于人類來(lái)說(shuō),，我們離光速還有很遠(yuǎn)，更不要說(shuō)超越光速了,。

這三個(gè)問(wèn)題中,，人類僅僅勉強(qiáng)解決了推動(dòng)力問(wèn)題，其余兩個(gè)問(wèn)題根本沒(méi)有解決辦法,。

朱諾號(hào)的速度放在宇宙中根本不值一提

超越光速

雖然人類沒(méi)有辦法超越光速,，但以現(xiàn)有的理論可以推測(cè)超越后的世界。光在真空中的速度是3×108m/s,，即每秒8億米,。

根據(jù)愛(ài)因斯旦的狹義相對(duì)論,，光在真空中的速度并不會(huì)因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)系的不同而改變,，因此它具有穩(wěn)定性，成為千變?nèi)f化的宇宙中唯一恒定的物質(zhì),。天文學(xué)家將其作為丈量距離的工具,，光年成為了宇宙中的距離單位。當(dāng)然光并不是宇宙最快的速度,，比起宇宙膨脹的速度,，它還是遜色了。

可這絲毫不影響它作為人類追求速度的參照，成為人類心目中的速度天花板,。如果人的速度超過(guò)光速會(huì)怎樣,？

光速主題圖片

物理學(xué)家們就這個(gè)問(wèn)題提出過(guò)無(wú)數(shù)假設(shè)，最后達(dá)成了一個(gè)共識(shí),，那就是人類會(huì)回到過(guò)去穿越時(shí)空,。穿越者可以回到過(guò)去的任意時(shí)候，見(jiàn)到歷史書(shū)上的人物,，秦皇漢武唐宗宋祖,。生物學(xué)家提醒，穿越雖好但是傷身,，我們的身體組織未必能承受光速,，如果不是真空環(huán)境，超光速運(yùn)行會(huì)與空氣中的各種粒子發(fā)生摩擦,，人類很有可能會(huì)在所謂的時(shí)空隧道里被撕碎,。

所以人們幻想，如果固定坐在宇宙飛船里并且穿著宇航服以超光速飛行,，身體就不用害怕高速粒子的摩擦,，從而到達(dá)宇宙的各個(gè)角落。

目前知道宇宙的年齡大約140億年,，并且還在不斷膨脹,，直徑到達(dá)了960億光年，恐怕就算達(dá)到了光速也無(wú)看到宇宙盡頭,。但是天文學(xué)家表示,，去往宇宙的邊界，也許可以實(shí)現(xiàn),。

時(shí)空隧道想象圖

蟲(chóng)洞

蟲(chóng)洞是連接兩個(gè)不同時(shí)空的隧道,，又稱愛(ài)因斯坦－羅森橋，最初由奧地利物理學(xué)家路德維?！じトR姆提出概念,，后被愛(ài)因斯坦與羅森假設(shè)出來(lái)。目前為止,，人類并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)實(shí)際上的蟲(chóng)洞,，關(guān)于它的一切均停留在假設(shè)階段。

蟲(chóng)洞連接兩個(gè)遙遠(yuǎn)的時(shí)空,，比如你在1點(diǎn)一刻進(jìn)入蟲(chóng)洞,，便會(huì)在1點(diǎn)一刻離開(kāi)蟲(chóng)洞到達(dá)另一端。為何會(huì)出現(xiàn)這種情況,？原來(lái)蟲(chóng)洞相當(dāng)于一個(gè)巨大的旋渦,，這個(gè)旋渦是由星體旋轉(zhuǎn)和引力共同組成。

這就好比大海上有個(gè)旋渦，人掉進(jìn)去后便可以迅速被卷到馬里亞納海溝,，如果是人自動(dòng)下沉,，那得需要很久才能到達(dá)溝底。

蟲(chóng)洞想象圖

物質(zhì)進(jìn)入蟲(chóng)洞后,，在這些星體的影響下,，速度達(dá)到了光速級(jí)別，而蟲(chóng)洞內(nèi)部高速的旋轉(zhuǎn)會(huì)使它隧道內(nèi)的空間扭曲,。天文學(xué)家們甚至假設(shè)它與黑洞是同時(shí)存在的,，會(huì)吞噬進(jìn)入其中的物質(zhì)，因此蟲(chóng)洞不適合作為星際航行的工具,。

不過(guò)虛擬的蟲(chóng)洞給天文學(xué)家一個(gè)啟示,，我們?yōu)楹尾荒苣M一個(gè)類似于蟲(chóng)洞的存在？讓隧道里的引力不要如此巨大,，但同樣能夠串聯(lián)起兩個(gè)空間,。理論上真的可以，那就是需要把物質(zhì)的速度加快到光速甚至超過(guò)它,，似乎又回到假設(shè)最初的起點(diǎn),，只是這次我們需要一個(gè)設(shè)備。

穿越蟲(chóng)洞模擬圖

曲速引擎

曲速引擎是一種速度推進(jìn)裝置,，常出現(xiàn)于科幻作品里,，用于將飛行器的速度提高，從而超過(guò)光速,。它也是一個(gè)很年輕的概念,，1994年才由墨西哥天文學(xué)家米蓋爾阿爾庫(kù)比雷提出。

這一引擎將使用尚未被發(fā)現(xiàn)的,、具有負(fù)質(zhì)量和呈負(fù)壓的“特異物質(zhì)”,，將時(shí)空扭曲，造成物質(zhì)前方的空間收縮,，后方的空間膨脹,，被包裹在這一“彎曲泡”中的物質(zhì)就能在不破壞相對(duì)論的情況下超光速飛行。

科幻作品中出現(xiàn)的曲速引擎

曲速引擎并不是直接加速物體本身,，而是將它四周的空間扭曲,，扭曲的空間會(huì)產(chǎn)生巨大的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)可以讓處在其中的物體速度突破光速的極限,。宇宙中的空間并非我們想象中是平面的,，相反它可能具備多個(gè)維度，扭曲的時(shí)空會(huì)形成一個(gè)類似于蟲(chóng)洞的隧道,，物體在里面高速運(yùn)動(dòng)。

如果飛船擁有這樣的引擎裝置，相當(dāng)于在飛行時(shí)自己制造類似的“蟲(chóng)洞”,，讓時(shí)空與時(shí)空之間的形成漩渦橋梁實(shí)現(xiàn)星際穿越,。

但是曲速引擎不是那么好建造的，就算真的有,，人類也無(wú)法隨心所欲,，因?yàn)橛钪鎸?shí)在太大了。

曲速引擎的建造非常困難

曲速引擎的可能性

曲速引擎能夠讓空間扭曲,，那么這個(gè)過(guò)程需要巨大的能量,，人類應(yīng)該如何使用能源為引擎供能，這是一個(gè)需要克服的問(wèn)題,。天文學(xué)家假設(shè),，可以利用黑洞與蟲(chóng)洞的引力驅(qū)動(dòng)引擎，但人類必須冒一定的風(fēng)險(xiǎn),，靠近黑洞的物體都會(huì)被它吞噬,，哪怕是光也無(wú)法逃逸。如果將飛船開(kāi)往黑洞,，可能還沒(méi)來(lái)得及利用它的引力,，便被引力吸引進(jìn)去，因此在借助黑洞和蟲(chóng)洞的力量時(shí),，需要保持好距離,。

人類正在模擬人造太陽(yáng)，利用核聚變研究達(dá)到永恒產(chǎn)熱的目的,，那么以此類推,，可以用核聚變反應(yīng)在太空中產(chǎn)生巨大的能量模擬一個(gè)星體甚至模擬黑洞與蟲(chóng)洞。

曲速引擎原理示意圖

核聚變與我們常見(jiàn)的能量不同,，理論上它是無(wú)限循環(huán)的,，只不過(guò)現(xiàn)在因?yàn)槭褂眯实膯?wèn)題，達(dá)不到百分之百的利用,。未來(lái)人造太陽(yáng)成功后,，就可以投入實(shí)行人造曲速引擎的供能。

可是這里面存在一個(gè)困難,，假設(shè)我們用曲速引擎將空間扭曲達(dá)到光速的100倍,，我們的宇宙在不斷膨脹，哪怕以現(xiàn)在的960億光年直徑來(lái)計(jì)算,，星際航行也需要千萬(wàn)年,，人類沒(méi)有那么長(zhǎng)的壽命執(zhí)行這個(gè)任務(wù)。不過(guò)用于普通的星際旅游還是有可能的,。

使用曲速引擎以100倍光速飛行,，去火星要75秒,，到達(dá)太陽(yáng)系的邊界奧爾特星云只需72天。如果實(shí)現(xiàn)宇宙移民計(jì)劃前往最近的恒星系半人馬座,，則需要83天的時(shí)間,。離我們最近的疑似存在生命所需所有條件的格利澤667cc，離地球23.5光年,，我們以這個(gè)速度只需要兩年左右就可以到達(dá),。

人類由此能夠開(kāi)啟星際旅游乃至星際移民，如同大航海時(shí)代人們發(fā)現(xiàn)新大陸一樣,。只是,，等待當(dāng)時(shí)殖民者的是土著民，等待人類宇宙殖民者的,，可能是遠(yuǎn)超過(guò)我們文明的外星人,，屆時(shí)誰(shuí)殖民誰(shuí)還說(shuō)不一定。

曲速引擎可以幫助我們快速穿越時(shí)空

空間折疊

如果引擎能夠讓空間扭曲到折疊的狀態(tài),，那么無(wú)論多少光年的距離都無(wú)法阻礙人類的步伐,。

空間折疊是真實(shí)存在并且有望實(shí)現(xiàn)的，它使空間扭曲到極致發(fā)生了折疊,，就好比兩點(diǎn)之間線段最短,，但是將這條線段折疊幾次，兩點(diǎn)的距離進(jìn)一步變小,?？臻g折疊的前提是需要巨大的引力使它扭曲，此前天文學(xué)家們一直認(rèn)為只有黑洞,、蟲(chóng)洞等物質(zhì)能夠使空間發(fā)生折疊,，現(xiàn)在有了曲速引擎也可以實(shí)現(xiàn)。

空間折疊模擬圖

有了空間折疊,，我們就可以做到瞬間移動(dòng),，這就好比1點(diǎn)一刻在宇宙中的A點(diǎn)，因?yàn)榭臻g折疊B點(diǎn)與A點(diǎn)重合,，那么物體也可以在1點(diǎn)一刻到達(dá)B點(diǎn),。人類可以不再顧慮是否需要達(dá)到光速百倍甚至千倍才能穿越完整個(gè)宇宙，只需要掌握引擎扭曲空間的度,，人為制造空間折疊,。這比將速度提高到光速的100倍還要高效。

空間折疊技術(shù)也是目前人類猜測(cè)外星人文明的最高維度,，如果人類能實(shí)現(xiàn),，我們則不必畏懼在星際航行時(shí)碰見(jiàn)外星人。

空間折疊想象圖

結(jié)語(yǔ)

曲速引擎雖然還是科幻影視劇里面存在的技術(shù),，可歷史告訴我們,，人類的所有的進(jìn)步都來(lái)自最初的幻想,。比如我們想要飛，于是在后面發(fā)明出了飛機(jī),；我們想要去往宇宙看星空,，于是在上個(gè)世紀(jì)50年代末加加林第一次替全體人類眺望星空,；我們想去月球上尋找是否有人類,，于是阿姆斯特朗將人類的足跡印在了月球的土壤上。我們也許現(xiàn)在沒(méi)有達(dá)到這個(gè)技術(shù),，不代表以后的人類無(wú)法實(shí)現(xiàn),。

但同時(shí)，宇宙是龐大的,，我們有太多的未知在里面,，飛速的發(fā)展會(huì)讓我們無(wú)限接近宇宙，可宇宙真的如我們想象的那么安全嗎,？面對(duì)宇宙,，人類還是太過(guò)渺小。