第35章 穿越星际去旅行
穿越星际去旅行
我们可以去拜访外星人吗
我们的宇宙之旅到达尾声。展现在人类面前的，是一个无限浩瀚的宇宙，这个宇宙经历了一个伟大的创生过程，一步步造就了空间和时间，造就了原子和星球，最后是我们的诞生，这实在是一个激动人心的浩瀚时空和激动人心的创生之路。而且，还可以肯定的是，人类并不孤独，宇宙中有无数的文明与我们同在。
我们能够去拜访宇宙中的同类吗？
假设银河系中能够进行无线电通讯的文明星球总数有30万个，而且大致均匀分布在银盘里，那么每个文明间的平均距离大约是600光年。假如到21世纪末，宇宙飞船的速度可以达到每秒300公里，以这样的速度到达太阳系最近的恒星邻居南门二需要4300年，到达600光年之外需要60万年时间，这根本实现不了银河系内的恒星际穿越，更不要说到其他星系去旅行了，仅仅是那个近邻—仙女座大星系M31也远在250万光年之外。
我们被永恒地囚禁在浩瀚宇宙中一个小小的星球上了吗？
狭义相对论之梦
狭义相对论揭示出这样一幅美妙景象：由于速度可以使时间的流逝变慢，一个人即使在自己短暂的一生中，也有可能漫游整个宇宙！
根据狭义相对论的理论，速度越快，时间流逝得越慢。假如宇宙飞船速度达到光速的99％，飞船上的时间流速将只有地球的14％。地球上过去100年，飞船上只过去14年，这使得几百光年范围内的恒星旅行在一生中变得可能。如果速度达到光速的99.999999％，时间流速将变慢到10万分之14，地球上过去10万年，飞船上仅过去14年，这样在乘客的一生中，就可以穿越整个银河系。只要速度无限接近光速，时间就可以无限变慢，这样从理论上来说，在人的一生中可以实现随意漫游宇宙。当然，地球的时间依然按原来的速度流逝。一艘极其接近光速的宇宙飞船，可以在乘客感觉很短时间内漫游几百亿光年再返回来，但此时地球时间已经过去了几百亿年，太阳早已熄灭变成白矮星，地球早已生机不再了。
要实现这种大幅度的时间变慢效应，需要的速度极高，也就是非常接近光速。会有这样的宇宙飞船吗？
如何加速
未来能够大大提升飞船速度的方案，容易想到的有以下几种：
核聚变动力飞船
就是用类似微型原子弹爆炸的装置产生的能量作为动力，“底达罗斯”方案就基于此原理。这艘设想中的飞船大得惊人，总重量超过5万吨，火箭高达230米，70层楼高，最宽处直径130米，比两个足球场还大，美国曾经制造过的最大火箭“土星五号”在它面前简直不值一提。火箭需要携带3万吨氦3和2万吨氘作为核聚变燃料，而这仅仅能飞往6光年之外的巴纳德星。
核聚变最多能够把7/100 0的质量转化成能量，飞船最终可以达到的极限速度是每秒3.7万公里，以此速度飞往近邻巴纳德星需要五十多年时间。
反物质动力飞船
反物质和物质相遇会湮灭，质量全部转化为能量，其效率是燃烧石油的上百亿倍，是核聚变反应的一百多倍，湮灭产生的能量中只有60％可以用作飞船的动力，这将是效率最高的飞船，只需几克反物质燃料即可把一个不太大的探测器在40年内送到南门二。
困难在于取得反物质材料，因为并没有天然存在的反物质可供开采，只能把湮灭过程反过来，使用粒子加速器制造反物质，这过程需要消耗极大量的能量。现在全世界每年制造出来的反物质仅有1/100亿克，还不够加热一杯咖啡，全世界大型粒子对撞机开动1000年才能制造出1微克反物质。而据测算，一艘重量为100吨的宇宙飞船，速度要想达到光速的40％，需要携带的反物质相当于80艘超级油轮的装载量。而且，反物质只要和物质相遇就要湮灭，如何保存大量反物质也是极难克服的困难。
激光帆飞船
利用激光束推动太空帆也是设想的方案之一。它需要在太空或者月球上建立一个太阳能激光阵列，通过一个直径达上千公里的透镜，把激光束聚焦到一片远程太空帆上，太空帆的直径达上百公里，宇宙飞船就附着在这个太空帆上。
如果用这种方式飞向南门二，激光阵列需要产生的激光束功率高达7.2万亿瓦（大约是2014年中国全国平均用电功率的10倍）。在旅程的前一半，激光的光压推动太空帆和宇宙飞船向前加速，持续不断地加速40年，飞船的速度可以达到光速的1/5—每秒6万公里。旅程的后一半飞船开始减速，减速的办法是，将位于激光帆中央的宇宙飞船与帆脱离，并甩向帆的后方，把激光帆变成一个反射镜，它把激光束反向聚焦在飞船上，这时候激光束变成了阻力，飞船就慢慢减速，同时它与帆越来越远，到达目标星时飞船的速度可以降低到环绕飞行。
近光速旅行的唯一理论方案
上述几种方案技术难度极大，也最多只能把飞船加速到光速的1/5左右，与近光速飞行相去甚远。把飞船提高到极其接近光速还面临另外一个巨大障碍：物体越接近光速，它的质量会变得越大；如果飞船的时间流逝变慢到万分之一，质量也将增加到1万倍。将飞船加速到极其接近光速，以实现时间的大幅度变慢，需要的能量如此之大，以至于用人类的手段根本不可能实现。
这样，理论上也不可能实现近光速飞行吗？基帕·索恩提出的一个设想，是目前所知的飞船能够达到近光速飞行的唯一可能方案。
这方案需要借助引力弹弓来为飞船加速，不过能够将飞船加速到近光速的引力弹弓并非普通的行星或者恒星能够胜任，它需要一对非常特殊的黑洞：第一，它们的环绕轨道必须极其椭圆；第二，黑洞必须足够大。
假如有这样一对黑洞，人类可以驾驶飞船接近双黑中的一个，比如B黑洞，环绕其旋转，时机合适时借助B黑洞的引力弹弓效应弹向A黑洞，这样飞船的速度就提升了一次。然后在适当的时机，飞船跳回黑洞B，再重复上述过程。飞船在两个黑洞之间跃来跃去，飞船就能加速得越来越快。只要双黑洞的轨道足够椭圆，飞船速度就可以无限接近光速；只要黑洞足够大，无限接近光速的飞船依然可以围绕黑洞运行，进而把这一过程继续下去，只是飞船环绕黑洞时需要无限接近黑洞视界。
这样，飞船只需要少量燃料去控制在每个黑洞上方的飞行，就可以不断提升速度。一旦达到了理想的近光速，就可以发动火箭离开黑洞，飞向宇宙深处的目标星系。
方案无疑是非凡的，但这样的双黑洞存在吗？可能性为零。即使有，飞船又怎么飞过去呢？即使飞过去加成功加速了，可它又怎样减速呢？没有任何天体引力能够拉住这样的飞船，除非是黑洞，还必须是同样的双黑洞才能给它减速。
恒星际旅行还有另一个无法回避的问题。若一艘飞船真的以近光速在太空飞行，迎面而来的气体分子和尘埃，相对于飞船的速度就是近光速的，极小的一团尘埃，其能量就足以毁灭飞船，这样的飞船是不可能在宇宙中畅行无阻的。
看来，要想加速飞船来实现恒星际的自由穿越，答案很明确：不可能。
难道人类真的永远被囚禁在太阳系附近的空间范围内吗？其实还有一种更可能的途径—虫洞。
虫洞
虫洞是连接两个不同时空的通道，它是广义相对论的推论之一。虫洞这个名词，最早由约翰·惠勒于1957年提出。惠勒做了一个比喻，把时空比作一个苹果，在其表面上，从一个点到另一个点需要走一条弧线，但如果有一条蛀虫在这两个点之间蛀出了一个虫洞，通过虫洞就可以在这两个点之间走直线，这显然要比原先的弧线来得近，把这个类比从二维的苹果表面推广到三维的物理空间，就是宇宙的虫洞。
虫洞是宇宙中相距遥远的两点间的一条假想捷径，它有两个洞口，洞口内的距离可以很短，比如几百米，洞口外的距离不受限制，比如几百光年、几万光年，或者若干亿光年。这样，人们从一个洞口进去，只需要走几百米，就可以到达若干光年外的地方，轻而易举地实现恒星际或者星系际的穿越。
虫洞通过超空间联结着其他的时空区域，我们可以用二维画面来理解虫洞的这种联结。用一张纸代表宇宙空间，把这张纸弯折过来，这相当于时空是弯曲的，当然，地球人类并不能感觉到时空是弯曲的，那是在极大尺度上发生的事情。我们会发现，二维空间内相距很远的两个点，在三维空间里可以相当近，只需在纸面上穿一个洞，就可以把二维面上遥远的两点联结起来了。
假如虫洞真的在地球附近，那么洞口在我们面前像什么呢？在二维的弯折的纸面上，洞口是一个圆。因此在我们的三维宇宙中，它应该是一个球，有点像黑洞的球状视界。差别在于，黑洞的视界是单向的，任何东西都能进去，但不能从里面出来，虫洞的洞口是双向的，我们能从两个方向穿过它，可以走进洞里，也可以回到外面的宇宙。如果向球状洞口内看，可以看见来自另一个星球的光芒。
因为时间与空间结合在一起，超越空间，必然同时超越时间。设想一个虫洞的两个洞口，一个位于地球附近，另一个位于27000光年外的银河系中心，洞内的距离只有几百米。你从地球一端的洞口进去，经过洞内很短的距离和很短的时间，从另一个洞口出来，就到达了银河系中心，这时候地球上的时间也过去了27000年，你来到了未来的27000年后的银河系中心。你这时候进入那个洞口，穿过虫洞回到地球，你又会回到27000年前的地球，也就是现在。虫洞不仅是空间的隧道，同时也必然是时间机器，从一个方向穿越过去，可以走进未来，反方向穿越它，可以回到过去。
超体
玄妙的虫洞展示了星际旅行的光明前景，它们真的存在吗？当年爱因斯坦看待虫洞和黑洞一样，认为它们只是数学伎俩而已，不可能真的存在。不过爱因斯坦的态度也不见得可靠，他有时候也过于保守。
虫洞的存在有一个前提，就是存在高维度空间。我们感受到的极遥远空间和极漫长时间，有可能通过高维度空间联结在一起，这种高维度空间还称为超空间，也有人称为超体。超体可以赋予生命更大的自由度，一个二维的生命体被一个完整的圆困住，它若不打破这个圆，根本就无法出来，可是我们从三维空间里可以把它轻松拿出来。对二维空间来说，三维空间就是超体。
存在超越三维空间的超体吗？最初，科学家为了解决一些物理问题，假想存在着高维度空间，结果发现描述问题很方便，后来渐渐意识到，高维度空间很可能真的存在。尤其是20世纪的最后两个十年，弦理论和M理论先后问世，它们用不同的模型解释世界，弦理论把粒子看成一维的能振动的弦，M理论里则是二维的能振动的膜。在弦理论里，要想完善而自洽地描述宇宙，需要十个空间维度，M理论则需要十一维。我们感觉到的空间是三维空间，加上时间的一维，总共是四维，额外的维度在哪里呢？
四维时空能被感觉到，是它们在宏观尺度上显现出来，但其余的维度却蜷缩在量子尺度里，人们根本察觉不到。就像人的一根头发，从远处看，是一根一维的线，如果拿到放大镜下看，会发现它上面有很多细节，显示出三维的特征。空间的维度也是如此，粗看上去，是四维的时空，如果能够深入到极其微观的尺度—量子尺度，就能够看到还有更多的维度存在了。
并不是所有的额外维都蜷缩到了极微观尺度，也可能有维度放得很大—甚至是无限大。如同极微观维度附着在我们的四维时空一样，我们的四维时空也附着在这个更大更高的维度上，是高维度时空里的一个膜，如同二维空间是三维空间里的膜一样。
如果四维时空是一个膜，那么无限发达的文明就有可能制造出虫洞来。就像把一张纸折叠在一起钻个洞，从而使不同纸面上的空间联结在一起，无限发达的文明可以把空间膜扭曲起来，在其上凿两个类似黑洞的洞，成为一个虫洞，它把看上去极遥远的两个空间点连通起来。
流行于科幻小说中的曲率引擎飞船与建造虫洞类似。一艘处于太空中的飞船，用巨大的负能量在周围形成一个空间曲率泡，同时把后方的空间曲率熨平，减小其曲率，飞船就会被前方曲率更大的空间拉过去，飞船超空间运动，速度不受光速的限制，可以像穿越虫洞那样快速抵达看似极遥远的地方。至于飞船本身，将停留在由平滑时空组成的泡内，它本身的运动速度并非超光速，因而并不违反相对论。
无法超越的困难
然而，无论是制造虫洞，还是曲率引擎飞船，都需要巨大的能量。按照能量守恒定律，要把一艘宇宙飞船送到若干光年之外，无论是直接飞过去，还是制造空间弯曲让飞船穿越时空，需要消耗的能量是差不多的。
因而像制造虫洞，或者曲率飞船，只是理论上的可能，是无限发达文明才能实现的任务。无限发达文明的意思是，他们只受物理定律的制约而没有技术手段的限制，能量的供应也是源源不断的。弯曲空间需要消耗能量，制造虫洞或者改变空间曲率需要的能量，相当于把不止一个星球的质量转化为能量。人类不是无限发达的文明，不可能让飞船超越时空地穿越恒星际空间。
费米悖论
1950年，诺贝尔奖获得者、物理学家费米在和别人讨论飞碟及外星人的问题时，突然冒出一句：“他们都在哪儿呢？”这句看似简单的问话，就是著名的“费米悖论”。
假如人类在100万年后能够实现恒星际的自由穿越，那么，以宇宙的时间尺度，比人类早进化100万年的外星人应该多的是，他们早就应该来到地球了。可是，他们在哪儿呢？
费米悖论并不能否认外星人的存在，它只表明，外星人不可能乘坐飞船来到地球，同样地，未来的人类也不可能乘坐飞船去拜访外星的文明。
把金属飞船和血肉之躯送往遥远外星，很可能是人类智慧萌芽阶段的想法，穿越星际的旅行必须另辟蹊径。
唯一可能的出路？
卡尔·萨根对超时空旅行有很高明的见解，他在他的科幻名著《接触》里，最早提出了借助虫洞的星际旅行。看起来最科幻，却有可能是最接近现实的终极版星际穿越。下面是小说的故事梗概：
地球人收到织女星方向传来的一串古怪射电信号，破译出来后发现是一张大机器图纸。虽然完全搞不懂它，世界多国还是决定联合起来按照说明把它制造出来。
这是一个巨大的传送装置，爱丽等5名宇航员进入这个神秘装置，准备开始与外星文明首次接触。
大机器开动，宇航员发现大机器打开了一个空间虫洞，载人舱穿过虫洞，在银河系中穿越，走马观花地参观了无数文明和遗迹，最后来到织女星附近。在那里，他们每个人都遇上了自己一生中最爱的人，那是织女星人变幻出来的形象，他们用这种方式与地球人交流，沟通毫无障碍。
爱丽遇到的形象是她已经去世的父亲，父亲领她参观了银河系中心，向她介绍了一个众多星际文明参与的工程项目：再造宇宙。他们在银河系中心建造一个超级黑洞和一个超级白洞，把几百万颗恒星牵引到其中，通过这个通道，把质量和能量运输到仙后座附近，在那里制造了一个活跃的宇宙区域。这浩大的工程深深震撼了爱丽，这些外星文明无疑就像造物主。爱丽问父亲，你们可以操纵几百万个恒星，可以操纵时间和空间，你们信仰造物主吗？
织女星人告诉爱丽，他们确信有一种意图创造了这个宇宙，但并不是人类所认为的那样一个造物主，这个造物主只是创造了基本的物理定律，并不去干涉世界的运行。宇宙确有造物主的意图在其中，但织女星人也不清楚，他们依然在追寻之中。
星际旅行结束了，宇航员回到飞行舱中，穿过虫洞回到地球。这一趟旅程穿越了好多万光年，但按照宇航员自己的钟表，显示他们离开地球只经历了20个小时，他们知道这是一种时间变慢效应。他们兴奋地从大机器里冲出来，却发现人们正沮丧地宣布实验失败。原来地球人只是看到，机器运转起来，达到最大功率后，就开始减慢以至于最后停下来，前后不过20分钟，5个宇航员就出来了，个个处于极度兴奋中。
所有人都不相信5个宇航员的经历，宇航员们在太空旅行过程中录了很多音像资料，打开后都是空白。人们尝试再次启动机器，但却无法运转了。
卡尔·萨根式的星际旅行有可能实现吗？它需要探索另一个同样神秘的宇宙—大脑与意识，它也常被称为生命的小宇宙。假如意识与宇宙时空之间有某种深刻而普遍的联系，这种星际旅行就有可能实现。毕竟，宇宙所有时空与其万物都起源于同一个奇点，它们之间有某种更深刻的联系是极有可能的。
如果卡尔·萨根式的星际旅行能够实现，人类就有可能获得终极的自由，从而成为名副其实的无限空间之王。
人类的困境
我们身处一个无限伟大的宇宙，我们来自一个无限伟大的创生过程。与此形成强烈反差的是，我们的身体是这样渺小，存在的时间是这样短暂，在无限的空间大海与无限的时间长河里，我们几乎是被囚禁在时空的一个点上，如一朵小小的浪花一闪而逝。
我们究竟是宇宙的囚徒，还是无限空间之王？