曲速引擎研究是星际旅行的关键

本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点

正如任何狂热的《星际迷航》粉丝都知道的那样，古怪的物理学家泽弗拉姆·科克伦在2063年发明了曲速引擎。这并不容易。科克伦必须与邪恶的穿越时空的星际人作斗争，他们决心阻止他建造超光速推进系统（详情见1996年的电影《星际迷航：第一次接触》）。但最终他成功了，几个世纪后，他的曲速引擎为星际飞船“企业号”的星际航行提供了动力。

《星际迷航》的粉丝可能不知道的是，现实世界中的一位物理学家——具体来说，是在美国宇航局位于休斯顿的约翰逊航天中心——正在研究建造真正的曲速引擎的可行性。该中心先进推进计划的负责人哈罗德“桑尼”怀特已经组装了一个桌面实验，旨在创造时空的微小扭曲，而时空是宇宙的可塑结构。如果实验成功，最终可能会导致开发出一种系统，该系统可以在航天器周围产生一个扭曲的时空泡。曲速引擎不是提高航天器的速度，而是会扭曲其路径上的时空，使其可以避开禁止超光速旅行的物理定律。这样的航天器可以在短短几周内跨越恒星之间的巨大距离。

对于科幻小说的读者和作者来说，这是一个非凡的消息。其他物理学家嘲笑怀特的想法，认为不可能以这种方式改变时空，这并不重要。美国宇航局只拨出了5万美元（仅占该航天局180亿美元预算的一小部分）用于曲速引擎研究，这也不重要。怀特的项目如此令人兴奋的原因在于挑战的巨大性。令人欣慰的是，即使在这个财政紧缩的时代，联邦政府也愿意在星际旅行的伟大梦想上下一个小赌注。

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令人惊讶的是，许多科学家、工程师和业余太空爱好者都热烈地相信这个梦想。他们已经在学术会议上分享了他们的希望和假设。他们已经成立了一些组织——百年星舰计划、陶零基金会、伊卡洛斯星际——旨在为本世纪末可能发射的无人星际任务奠定基础。近年来，随着天文学家探测到许多围绕我们太阳系附近恒星运行的类地行星，他们的热情日益高涨。其中一些世界中的几十个位于恒星周围所谓的“金发姑娘区域”——它们既不太热也不太冷，可以支持生命。如果进一步的观测证实了在我们银河系的角落里存在一个可居住的、田园诗般的行星，我们怎么能抗拒派遣星际探测器去探索这个奇异的新世界呢？

问题是在合理的时间内将航天器送达那里。信不信由你，美国宇航局已经有一个探测器正在穿越恒星之间的空间：旅行者1号，这个勇敢的1600磅重的航天器于1977年发射，用于调查木星、土星及其卫星。在完成其主要任务后，该探测器掠过外行星，并在2012年离开了太阳系并进入星际空间。自发射以来，旅行者号已经飞行了近120亿英里，现在正以每小时38610英里的速度远离我们。但即使以如此惊人的速度，它也需要至少70000年的时间才能到达任何可能存在可居住行星的附近恒星。研究人员需要在航天器推进方面取得一些重大突破，才能更快地到达那里。

尽管怀特和其他一些科学家被曲速引擎的可能性所吸引，但大多数星际爱好者都将注意力集中在不那么具有假设性的技术上。例如，伊卡洛斯星际正在协调一项拟议任务的研究，该任务将使用核聚变能——原子核撞击在一起产生的能量——来推进航天器。核聚变是氢弹爆炸的动力，如果能量得到适当控制和利用，它可以将探测器的速度提高到惊人的程度，比旅行者1号快数千倍。但是，研究人员在过去五十年里一直在试图建造一个核聚变发电厂，但没有取得太大成功。这项技术尚未在地球上证明自己，而且肯定还没有准备好安装在航天器上。

另一个大问题是星际尘埃。虽然深空中的尘埃颗粒是微观的，但它们会对以数百万英里的时速撞击它们的探测器造成大量损害。航天器必须配备厚重的屏蔽层，这将增加加速航天器所需的燃料量。然后需要减速探测器才能到达目的地。如果一艘航天器在经过一百年的旅程后，直接掠过恒星的可居住行星，那么将其发送到附近的恒星是没有意义的。在其旅程的后期，探测器必须将其发动机调转方向并向相反方向发射，以使其减速。但是，航天器将需要携带更重的燃料载荷。

复杂的情况似乎与空间本身一样无穷无尽。星际飞行的巨大困难可能有助于解释物理学家恩里科·费米在1950年首次提出的著名悖论：如果宇宙中存在智慧生命是普遍的，那么外星人都在哪里？也许外星人从未访问过地球，因为来到这里太难了。

尽管如此，星际旅行的梦想仍然顽强地存在。去年9月，百年星舰计划在伊卡洛斯星际举办自己的会议仅一个月后，就举行了一次关于该主题的研讨会。在美国宇航局努力为所有优先事项提供资金——为其宇航员建造新的发射系统、向火星发送新的探测器——的情况下，规划星际任务似乎是荒谬地不成熟。但是，像吉尔·塔特这样的倡导者，他们率先努力寻找来自外星文明的无线电信号，认为探索其他恒星系统对于人类的长期生存至关重要。只要人类被限制在地球上，我们就面临着因行星灾难——核战争、流行病、小行星撞击等等——而灭绝的巨大风险。我们太阳系中唯一接近可居住的世界是火星，而且需要数百年的气候工程才能使这颗红色行星适合人类居住。