霍金生前非常喜歡突發奇想,並就外星文明和外星人等話題發表了很多意見,引起了人們對這些話題的濃厚興趣。其中一個主題是關於人類進行星際航行的可能性。
與地外文明主題相關的“行星際航行”當然不包括我們太陽系中的行星際航行 - 這種航行已經能夠由人類進行,儘管它目前距離地球很遠。 (比如火星)轉了一下。由於我們的太陽系中從未有過任何其他文明,與地外文明相關的“星際航行”總是指星際之間的航行。
為了討論這種星際航行,我們可以從非常簡單的演算法開始思考。通常人們願意從最近的恆星到太陽系開始思考,這是鄰近的半人馬星,距離我們的太陽系有4到3光年。目前人類實際可以達到的最高星際速度是多少呢?
從地球飛出太陽系所需的“第三宇宙速度”已經能夠由人類實現,因為我們相信萬億隻航天器可以飛出太陽系。當然,根據常識,我們將在此基礎上更加努力,並將其增加約1倍,達到30 km / s。應該說它離現在還不算太遠。
如果我們以每秒30公里的速度飛往鄰近的恆星,至少需要43,000年。如果我們能達到3000公里/秒,飛往鄰近的恆星需要至少430年。但這種速度遠遠不是人類目前的科技能力。但對我們來說,430和43000是相同的。例如,這遠遠超出了人類的正常生活,並且大大超過了機器的工作壽命。
我個人認為存在更大的問題。任何在地球上的人都看不到實驗,調查,探險等的結果,儘管理論上可行,但事實上人們總會意識到這一點。這對你自己沒有意義,所以很難想象這樣的事件會被實施。
也許正是考慮到這一點,皇家宇航學會在20世紀70年代進行的行星際模擬研究,即“Dedalus”專案,設想飛行速度達到30,000 km/s,之後許多關於星際航行的假設被認為是重要的“閾”。考慮這個“門檻”的原因可能與上面提到的心理有關 - 如果飛到鄰近的恆星需要43年,等待43年才能將無線電報告送回地球,這樣我們才能得到探險結果在我們的一生中。
星際航行是一個美麗的夢想,它既可以在當代科學主義綱領下不顧一切地被追求,也可以從古代純粹的人文情懷中得到共鳴——《長恨歌》中那個道士還“排空御氣奔如電,昇天人地求之遍”呢。所以,儘管人類目前實際能夠達到的航行速度只有光速的萬分之一量級,但這並不妨礙科學家對星際航行展開豐富、系統而大膽的想象。
這種想象提出了各種選擇,大致可分為兩種。
一條道路就是接受這樣一個現實:它只能“緩慢航行”並考慮數百萬年的長期航行。這種航行將面臨一系列難以克服的困難。第一個是供應燃料的地方。當航天器離開時,不可能攜帶43000年的燃料。目前沒有辦法在途中新增或者製造燃料。其次,機械裝置的使用壽命。到目前為止,沒有任何航天器工作了50年。更何況43000年?
這還只是考慮無人航天器,如果載人,則宇航員要“冬眠”,那飛船上的支援系統能工作千萬年而不出差錯嗎?如果在飛船上傳宗接代,那這飛船就要被建設成一個小型的地球,這就更沒譜了,況且還有近親繁殖問題。
當然,另一條路徑是從加快飛行速度開始,只要速度足夠快,就可以消除前一條路徑中的大部分困難。此時,經常使用“Dedalus”專案中的1/10光速“閾值”。至少設想了以下重要方案:
這正是“Dedalus”專案本身所設想的。它使用氫同位素氦和氦3融合,但該方案所需的數千噸氦3只能從木星中提取。所以這只是一個史詩般的想象。它可以用來拍攝科幻電影。目前,人類根本沒有這樣的權力和財力。
反物質引擎
為了將物質轉化為能量,目前已知的最有效的物質是物質和反物質的湮滅,它可以釋放出巨大的能量。如果你想在50年內向鄰近的恆星傳送一個1噸的裝置,初步計算表明需要1.2千克的反物質。然而,在這方面,人類目前的技術能力仍然差太遠。在丹·布朗的小說“天使與惡魔”中,他只敢想象1克反物質。事實上,由於人類現有的科學和技術能力,即使只生產1毫克反物質,也必須消耗整個世界的能量。
光帆飛船在公眾心中很容易喚起詩意的聯想。但如果要實施,技術上的困難是令人駭人聽聞的。該航天器的風帆將達數十平方公里,只有16奈米厚。這怎麼開始航行?更不用說需要操縱它了。還需要在土星和天王星之間建立一個巨大的太陽能到鐳射轉換器。想象一下,轉換器的直徑可達1000米,據說鐳射束可以發射長達40光年。但是,如果要實施這一巨集偉計劃,其能耗將是目前全球產能的數萬倍。
在這些史詩般的瘋狂計劃中,基本上沒有人被考慮過。人類探險到外太空當然是第一個派出無人駕駛的宇宙飛船,但最終總是有必要派人去。一旦考慮了人為因素,就會有二方面的困難
首先是身體問題。在“Dedalus”專案型別方案中,航天器的巡航速度要求達到光速的1/10,即每秒30,000公里。這必須有一個現在無法想象的加速過程,以及人體瞬間承受多大的加速度。它能持續多長時間才能達到一定的加速度?當客機起飛和著陸時,稍微加速會使一些乘客感到不舒服甚至生病。如果航天器正在迅速加速,也許宇航員將在起飛後不久死亡。
其次是心理問題。如果以1/10的光速飛向鄰近的恆星,這對宇航員來說意味著什麼?在機艙43年。到達鄰近的恆星後,即使它能夠順利返回地球,至少可以在86年後 - 這實際上是終身監禁!世界上有多少人能承受的得起?
實現星際航行的唯一方法可能就是把希望寄託在科學理念“蟲洞”的身上了。