曲速引擎 为什么星际旅行比看起来更难？

跳到最近的恒星系统或飞越星系有多难？典型的“星际迷航”或“星球大战”电影让它看起来很简单。当英雄们接到一个遥远的求救信号时，他们会使用“曲速引擎”或“超光速驱动器”，并在几分钟或几小时内到达目的地。如果我们有正确的推进力，能在现实生活中快速航行吗？大约50年前，人类在月球上行走，但在1972年停止了前进，不再冒险，除了发送机器人探测器。人类从来没有去过木星，正如书和电影《2001:太空漫游》向展现的，甚至是火星。是什么让旅行如此艰难？

科幻小说中的太空旅行者经常使用“曲速引擎”来快速穿越太空。人类会知道如何比光传播更快吗？图片：Shutterstock

除了明显的人类健康问题(生活在微重力环境中，随着时间的推移会削弱身体)和预算问题，到遥远的地方旅行也会带来巨大的技术问题。虽然专家们正在研究星际旅行的概念，但他们警告说：人们对瞬时旅行的期望可能太高了。美国国家航空航天局(NASA)的科学家、科幻作家杰弗里·兰迪斯(Geoffrey Landis)警告说：大多数科幻小说比光速还要快的问题是，它让一件极其困难的事情看起来似乎很简单。

用纯能量加速宇宙飞船需要很大的推动力，更不用说最终会遇到速度限制。根据爱因斯坦在一个世纪前提出的广义相对论，当一个物体接近光速时，它的质量达到无穷大。所以，换句话说，宇宙飞船不能像光一样快速地运动。一些科幻小说(比如1962年的儿童读物《时代的皱纹》，最近在影院上映)利用虫洞来解决即时旅行的问题。但虫洞也有问题。虽然黑洞是主要的候选者，但很难找到如何在一个地方获得足够的质量来创造一个。此外，还存在一些问题，即如何让虫洞保持开放，以及如何安全地穿越它们。

无论你是接近光速还是使用虫洞，都会遇到时间膨胀的现象。根据爱因斯坦的狭义相对论，当宇宙飞船以接近光速的速度移动时，年龄将会比他们的朋友和家人更慢。所以，在长途旅行中，人们可能会返回去寻找他们所爱的人，或者已经死去。即使是国际空间站的宇航员也会在返回地球的过程中体验到时间膨胀的影响(在更小的范围内)。宇航员斯科特·凯利(Scott Kelly)在2015年至2016年期间在太空待了近一年。当他回到家时，他与双胞胎的年龄差距，马克·凯利，增加了5毫秒（也就是说多活了5毫秒）。

星际旅行仍然是可能的，但据我们所知，最好的选择是现在就考虑所在系统的情况。离我们最近的恒星系统是半人马座阿尔法星。2016年科学家在半人马座阿尔法星的宜居带发现了一颗地球大小的行星，这颗红矮星名叫比邻星(Proxima Centauri)。(关于半人马座星的恒星活动是否会对地球上的生命产生太多的辐射，目前还存在争议，但目前还没有定论。)半人马座阿尔法星离我们很近，足以让人着迷：如果以光速飞行，大约需要4年的时间。但在较慢的速度下，它仍然是相当远的。

如果旅行者2号宇宙飞船(它在1977年发射，并在2012年突破了星际空间（即飞出了太阳系）)已经朝那个方向走了，那么它就不会再到达半人马座阿尔法星了。所以需要一个更快的解决方案。回到1998年，Landis一个星际概念是由NASA的创新先进概念(NIAC)计划资助，NIAC研究了遥远的太空探索的想法，可能几十年都不会使用。从本质上说，Landis的建议是用激光推动一个装有帆的航天器，这是由物理学家罗伯特在1984年发表的想法建造的。这一概念后来被突破性的Starshot集团所采纳，该集团在2016年宣布，希望最终将微型宇宙飞船送入半人马座阿尔法星。

兰德斯说，除非让宇宙飞船非常小(正如突破性的建议所做的那样)，不会很快到达半人马座阿尔法星。只有当“发送一个非常小的探测器，更小更快，而且可能在不到一个生命周期内到达最近的恒星。NIAC继续为星际研究提供资金，就像它在2017年在加州莫哈韦的太空研究所(Space studies Institute)授予海蒂·弗恩(Heidi Fearn)的第一阶段拨款一样。在这项研究中研究的星际飞船推进的类型可能会使用Mach效应在宇宙中移动。“马赫效应”一词指的是静止物体在加速时的变化，其内部能量发生变化。

博科园-科学科普｜文：Elizabeth Howell/Space