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为什么星际旅行如此难以实现?

2022-01-13 15:07:44 新浪科技
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星际旅行更可能使用外部的能源。在一些研究者看来,某种类型的光帆将是人类星际旅行的最佳选择

考虑到人类现有的技术水平,我们能够探测到外星智慧生命的唯一方法是等待这些生命来到太阳系,或者发现他们来过太阳系的证据。到目前为止,还没有任何令人信服的证据表明外星人造访过地球。那么,外星人都在哪里呢?

对费米悖论的解释有很多,其中不乏可取之处。例如,一个非常有说服力的解释是:星际旅行真的很难。绝大多数描述超光速旅行的科幻小说很可能是错误的。在这些幻想故事中,超光速飞船是跨越多个世界的必要情节设定,但现实情况却截然不同。

目前还没有一种可行的,甚至只存在于理论上的超光速飞行方法。虫洞几乎肯定是行不通的。超空间或多维空间也不行,曲速引擎、跳跃飞船等更是遥不可及。爱因斯坦的理论还没有被否定,目前我们所知的物理学定律似乎完全不允许超光速旅行。当然,宇宙中可能存在一些我们所不知道的东西,能够让我们进行超光速旅行。但这似乎不太可能。而且,即使这在理论上是可能的,也极有可能需要令人难以置信的先进技术,也需要用到大到令人无法想象的巨量能源。

因此,费米悖论的一个简单解释是,超光速旅行是不可能的,再多的科学或技术进步也改变不了这一点。因此,即使是先进的外星文明也必须满足于亚光速旅行。这意味着什么呢?首先,这意味着即使是到达最近的恒星系统也要花费数年的时间。距离地球最近的是半人马座三合星系统,大约4光年远。如果我们的平均速度是0.5倍光速,那将需要8年的时间。即使是最先进的星际飞船,这样的速度可能已经是最理想的状态了。

那么,什么样的飞船在理论上可以进行星际旅行?我们现在只能推测。很明显,这样一艘飞船不应该自己携带燃料来完成星际间的长途飞行。火箭方程不允许这样的情况——你必须携带足够的燃料来推动燃料,而这又要求更多的燃料,以此类推。对于长距离星际飞行,火箭方程会受到极其苛刻的燃料限制。唯一可行的燃料来源似乎是反物质,因为反物质湮灭能释放出大量的能量,如果能有效利用这些能量,就能提供推进动力。即使我们能做到这些,前往距离相对较近的恒星系统也需要几年到几十年的时间。

星际旅行更可能使用外部的能源。在一些研究者看来,某种类型的光帆将是人类星际旅行的最佳选择。另一个选择是所谓的巴萨德冲压发动机(Bussard Ramjet)。这是物理学家罗伯特·巴萨德在1960年代构想的一种航天器推进设计,利用巨大的电磁场吸收星际物质中的氢,使其压缩到足以发生核聚变的程度;物质转变所产生的巨大能量将透过磁场导引至发动机的排气方向,利用反作用力的原理推动飞行器加速前进,进而达到星际飞行的目的。然而,最近的一项研究重新计算了这种发动机需要多少资金才能发挥作用,结果非常悲观。据估计,这样的飞船需要一个直径1.5亿公里、深度1个天文单位的磁场,而飞船本身承受的压力也将非常巨大,这将使飞船的最终速度限制在光速的20%左右。

因此,即使是一个极为先进的文明,也可能只会制造出一艘达到光速20%到50%的星际飞船。另一方面,这需要大量的资源,使星际旅行变得没那么有吸引力。

此外,如果你想在星际空间中运输活体生物的话,挑战的难度将提高好几个数量级。最大的问题是宇宙射线,其中的高能粒子会不断地倾泻在星际乘客身上。这对于长期的星际旅行而言尤其危险。目前,我们还没有抵御宇宙射线的技术,因为这些射线的能量太大了。有效的防护盾可能会非常厚,因此也会很重,使得星际飞船在加速时需要耗费更多的资源。当然,你也可以用一个强大的磁场作为防护,但这需要更多的能量,而这些能量必须以某种方式产生——我们又回到了火箭方程。

当然,我们也并非不可能找到一些优雅的方案,来解决所有这些问题。但现实地评估星际旅行具有多么高的挑战性,会让我们远离科学幻想(科幻作品在很大程度上忽视或神奇地解决了所有这些问题),让事情变得更加清晰。当我们完全理解这其中的巨大挑战后,就会得出结论:即使是先进的外星文明也不可能在星系中遨游,或者根本就不会这么做,这一点是可以说得通的。

因此,一些科学家提出,先进的外星文明可能不会费心将有机物质送上星际之旅。相反,他们将发射能够承受宇宙射线或巨大加速度的机器人探测器,能够在没有食物和水的情况下存在数千年。简而言之,派遣机器人进行星际旅行要比派遣生物(显然这里说的是人类)简单好几个数量级。这其中涉及的物理学问题仍然极具挑战性,但有关如何确保人类生存的问题都会迎刃而解。那么,我们为什么还没有发现外星探测器呢?如果一个先进的文明存活了足够长的时间,拥有这样的技术,他们应该有数百万年甚至数十亿年的时间,用机器人对宇宙的其他部分进行探测。这些机器人为什么没来?

可能的答案有很多。一种解释是,外星探测器已经造访过地球,也许造访了很多次,但现在没有。也许它们进行过飞掠地球的任务。另一种可能是,它们就在地球上,但未被我们发现。它们可能被加了设定,不会让任何潜在的智慧生物发现它们的存在。很明显,如果外星探测器存在的话,它们的技术优势肯定高于我们,因此可以很容易做到不被我们发现。也有可能外星人不会费心向太阳系发送探测器,至少最近没有。我们不能假设任何外星智慧物种会有和我们一样的行为和意图。他们可能对探索其他恒星系统没有兴趣。或者,他们会把不干涉原则放在首位。当然,也有可能在银河系中还没有出现这样的文明,我们可能会是银河系第一个星际文明。

无论如何,当我们对星际旅行的困难和成本进行适当评估时,费米悖论就不再是一个悖论了。即使对最先进的外星文明来说,星际旅行很可能也很难实现。这或许会让科幻迷们失望,但在短时间内,我们确实很难冲出太阳系,更不用说银河系了。

责任编辑:bH_03116

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