星际旅行的设想

lipancs

这是借用一篇科幻小说的题目，作者是一名叫法默的美国人，描写哥伦布乘一艘装备着无线电的大船，在平面状的地球上航行的迷人故事。其实，科幻小说在精神上与大航海时代有密切联系，科幻小说家笔下的宇宙航行，就是海洋探险的三维翻版。一艘小小的飞船,像一粒漂浮在太空中的金属果壳，这是大多数科幻小说中星际航行的情景。
　　但真实的恒星际航行可能是另一个样子，在那种航行中，行驶在广阔海洋上的将不是从 利物蒲或鹿特丹驶出的三桅帆船，而很可能是利物蒲或鹿特丹本身。
　　科幻小说中的宇宙航行大多是以某种超技术为基础的，即那些能在短时间内跨越光年级的距离的技术，比如超光速和空间跃迁等。目前，无论在理论上还是实验中，都没有一个被科学界普遍认可的对超光速可能性的证明，空间跃迁就更不用提了。科学和技术的力量是有目共睹的，但自然规律也有一个底线，不可能我们想要什么就有什么。很可能，当公元两万年到来的时候，爱因斯坦的相对论仍然有效，光速仍然不可超越，我们最强的动力仍然还是核聚变。但如果那时的人还是人，就一定扬起了恒星际航行的风帆。
　　那么，就让我们想像一下，在以现有的理论为基础，技术向前迈一两步的情况下，星际 航行可能是什么样子。
　　设想我们能将宇宙飞船的速度再提高二、三百倍（相当不少了！），达到光速的百分之一，那么我们到达最近的恒星再返回需要一千年，如果飞船从宋朝出发，现在就快回来了。在这样长的时间里，像哥伦布那样带足淡水和粮食是不太可能的。当然，应该考虑到冬眠这个办法（这已经不算是超技术了），一艘小飞船载上两三个人，在冬眠中用五个世纪到达那里，看一看后再用同样的时间在冬眠中返回，倒是可以带足水和干粮（如果对保鲜要求不高的话）。但这样的航行只限于探索，而人类宇宙航行的最终目的与大航海时代一样，是要在那些遥远的地方开辟新世界。在那遥远的星系，可没有用几个玻璃珠就能哄骗着为我们干活儿的土著，要在那里建立一个新世界，无疑是要去很多人的。即使采用冬眠方式，在到达目的地后这些人也要醒来去开拓新疆域，在把那里的行星变得人类可以生存之前，他们还是要依靠飞船上的系统生活，而这个阶段可能长达几个 世纪。一篇获本届星云奖提名的小说《航程中》（《Ｔhe between
days》）就描述了这 样的困境：一艘载有上百名乘员的宇宙飞船，飞向距太阳四十多光年的一颗恒星，计划在那里的行星上开辟一个人类新世界。全部航程需两个世纪，这期间飞船上的所有人员都处于冬眠状态。由于一次意外事件，一名乘员在飞船启航不久就苏醒了，而且无法再次进入冬眠，只能在飞船上孤独地渡过自己的下半生。他又活了六十多年，吃掉了飞船上给养相当大的一部分，这些食物贮藏是为这些星际移民到达目的地后准备的，为此，
这名孤独的人在死前留下了一封道谦信。其实，这是没有这位苏醒者，飞船上的给养又够这上百人维持多长时间？他们真的能在这么短的时间里把那个陌生的行星变得适合人 类生存？这些作者并没有交待。所以，过去海上航船那种自带粮草的方式，可能只适合 于太阳系内的航行，在恒星际航行中，飞船必须是一个自给自足的生态循环系统。
　　建造这样一个封闭的生态系统需要极其复杂精致的技艺，鲁宾逊的《冰柱之迷》的开始 对此有生动的描写：它是最精彩的智力游戏之一，在很多方面很像象棋。。。。。。我考虑得越多，越来越多的小问题就越想越严重，所有这些问题纠缠在一起，交织成一张巨大的 、相互联系的因果网。。。。。。而这一次，人们玩游戏是为了生存。
　　事实上，人类已经进行过这样的尝试，这就是一九九一年的生物圈二号工程。但那个人工生态系统不到一年时间就玩不转了，里面的科学家不得不走出来，由于过多地呼吸二氧化碳，他们一个个头晕脑涨，病秧秧的像坐了一年地牢。更有甚者，后来还发现这项 实验有作弊行为。
　　生物圈二号的失败有多种原因，其中很重要的一点就是：它不够大。“。。。。。。只有象地球这样规模的生态系统，这样气势磅簿的生态循环，才能使生命万代不息。”（ 选自拙作《流浪地球》），这也就决定了未来的恒星际航行很可能是大规模的。
　　

lipancs

提到超大规模宇宙航行，我们首先想到用整个行星做为宇宙飞船。这个想法固然宏伟，但也是最笨拙的一个。因为按照这个方案，绝大部分的推进能量都消耗在加速巨量的几乎是毫无用处的质量----行星内部的质量上，这些质量的唯一意义就是产生引力，而在薄壳容器状的飞船中，引力可以用旋转离心力来代替，即便捷又便宜，即使没有引力， 飞船中的空气也不会丧失。
　　第二个方案自然是建造超巨型宇宙飞船。我们可能会想像如上海或纽约那样大的飞船，但考虑到飞船生态系统所需维持的漫长时间，肯定需要大量的植被和水体，这就意味着飞船可能必须造得更大，像克拉克笔下的拉玛一样成为一个小世界。建造这样的飞船恐怕又需要超技术了。我们知道，对于薄壳结构，体积越大就越脆弱。一个核桃是很结实的，但如果把它的直径放大十万倍，即使把壳的厚度也按比例放大，它怕是也难以在地球重力下保持完整。不错，科学家和工程师们早就在认真地设计同样庞大的太空城了，但飞船与太空城有一点很重要的不同：前者需要加速，这与那个大核桃需要承受重力是一回事。不管推进力的分布如何均匀，超巨型飞船总会有相当多的部分产生极其巨大的应力，在可能想像的技术范围里，这应力是任何材料都难以承受的。这个方案还犯了一个从事理智的风险事业时最大的忌讳:把所有的鸡蛋都放进了一个篮子，一旦遇到什么不 可避免的灾难（这在太空中是很正常的），就全完了。
　　前一阵美国宇航员杰瑞.M.利宁杰出了一本书，描写作者在和平号空间站上的经历，这本书是傲慢与偏见的范本，通篇充满了对俄罗斯宇航事业恶毒的抵毁和丑化，其中有这样一段记述：当亚特兰蒂斯号航天与和平号对接后，航天飞机上优良的空气循环系统改善了和平号上恶劣的空气环境。这本来不能成为利宁杰贬低和平号的证据，因为和平号毕竟已经在太空独立运行了很长时间，航天飞机则刚升空几个小时。但由此受到启发，想到了超大规模宇宙航行的第三个方案：银河列车方案。设想一只庞大的船队，由数量巨大的常规尺寸的飞船组成，每艘飞船都有自己独立的生态循环系统和推进系统，可以独自进行航行。当然，这些飞船上的小生态系统受其规模限制，不可能长期运行。但在航行中，所有的飞船将组合为一个整体，飞船上的生态系统相互贯通，形成一个巨大的可
以长期运行的总生态系统，同时，每一艘飞船都可以快速脱离组合体而成为独立的飞船，并可与其它飞船随意组合成新的大小不同的组合体。这样一旦遇到灾难，也只能伤及
组合体的一小部分。特别值得一提的是，这种结构在星际战争中极为有利。这很像想像中的银河列车，区别在于每节车箱都可做车头，并且它也不是长条状，更有可能是球状或环状的。对于超远程超长时间的世代航行，我们可以设想出一个“全息原则”，使得每艘个体飞船都能够在相当长的时间内承载所有的乘员，这就使安全系数达到最大。这样的组合体有可能达到一个行星的体积，但由于其蜂巢状的结构，质量要小得多。这种组合体的内部没有超巨型飞船那样广阔的空间，而是像一个庞大的迷宫。这些小生态系统如何相连，这无数个体飞船上的推进系统如何联合发挥作用，都是很复杂也很有魅力的技术课题，但从现有的技术方向看出去，这是最有可能实现的超大规模宇宙航行方案 。
　　以上的宇宙航行之所以被称为超大规模，还有一个时间上的含义。这些巨大的飞船，可能要用上万年时间到达第一个恒星，而找到适合开发的带有行星的恒星，可能要几十万甚至上百万年，这可能完全改变宇宙航行的概念。对于地球来说，一次宇宙航行已经不 是一个有始有终的过程，而成为漫长历史中始终存在的一个背景，那艘在太空深处跋涉 的飞船，已经和它出发的世界本身一样成为永久的存在，成为人类在宇宙中的一个永远 离去着的寄托。从飞船上说，经过漫长的岁月，宇航者们在与地球完全不同的环境中， 可能沿着一条完全不同的方向进化。与一些科幻小说中的描写不同，地球不可能被完全遗忘，但在几百代人后，永恒的漂泊可能被认为是文明的一种最正常的状态，即使到达 了一个能够生存的星系，他们也不会停下来，远航将成为星舰文明的终极目标。每当到达一个世界，他们就会利用那里的资源对船队进行修补和扩建，最后，这只船队可能达 到令人难以想像的规模。
　　说到这里，我们有了超大规模宇宙航行的第四个方案：雪球方案。以上的三种方案都要消耗出发的世界中的巨量资源，对于那些一去不回的孩子，地球是否愿意付出那么多还是个疑问。但我们可以先建造一艘中等规模的飞船，使其中的生态系统可以维持到到达第一个较近的恒星，然后用那个星系的资源对船队进行补充和扩建，这个宇宙雪球就这样一站一站地滚下去，最终形成一个巨大的航行世界。。。。。。。打住吧，这又太科 幻了些，今天我们只谈最有可能实现的科幻。
　　最绚丽的梦是那些有可能成为现实的梦，科幻之梦就是这样，尽管它的想像只有万分之 一的可能变为现实，但比起魔幻的万分之零来还是无穷大。据现代物理学和生物学的推测，我们人类在宇宙中出现的几率可只有几亿分之一，但我们还是出现了，并且把许多 看似飘渺的梦幻变成了现实。
　　并且，我们上面的梦想，实现的可能性远大于万分之一，它们所需技术的理论基础已经 具备，剩下的只是力气活儿而已。
　　“如果说那个原始人对宇宙的几分钟凝视是看到了一颗宝石，其后你们所谓的整个人类 文明，不过是弯腰去拾它罢了。”
转载（刘慈欣的《远航，远航》）
:lol

bzaku

人作为一种适应重力环境下有氧大气环境中生存的生物,按构造而言是仅仅适应在类似于地球环境的星球中生存的.要进行大规模的星际旅行,要么人为的建造拥有类地球环境的飞行器;要么从人的本身构造入手,利用基因技术人为的将人本身进行"进化",使人的构造适应于星际旅行,或许有一天人类会这样干的,但是切记一点:人永远不是上帝,利用基因技术将人类进化成"太空人"或许在一时使人真正拥有了探索无限星空的能力,或许这也是地球人类文明覆灭的开始.
        上边讲了一段废话,总而言之,对人类而言要进行星际旅行,最稳妥的办法就是在类地球环境的模拟上下功夫.空间4X类游戏给我们提供了许多遐想的空间,比如说MOO2,人类后期可以开发大气控制器,环境控制器,循环技术等等,循环技术的应用使人类的资源得到充分的应用,大大降低了消耗.到后期发展的那个超级植物更是奇妙可以在任何星球种植给人提供生存所需的自然环境(或许这才是基因技术使用的正途吧).

roy986

还有一个人的问题，有：水，食物，氧气，引力，心理等等。
水
如果有一个足够先进的水循环系统可以让初次带上去的水以最小的消耗方式来使用就好了，但是这仍然不能满足几十年上百年的用水需要。美国宇航局在地面隔离舱的实验，已经通过冷凝空气中的水蒸气、回收废水和尿成功地让水循环利用了90天。不多！

食物
要满足使用供给，就得自己种植了，美国人说这不难，关键是看它有多有效。这就飘渺了……

氧气
主要让植物通过光合作用来进行转化，再以人工方法为辅（用化学方法从二氧化碳中分离出氧），氧气的问题应该不是很难解决，前提是把植物种植弄好了:lol

以上三个问题只要有一个完美的生态系统就可以解决啦，只是这个难度嘛，一楼已经说的很明白了，呵呵……

引力
目前嘛，可以通过让飞船的某些舱或者某个舱旋转起来以获得人工重力。

心理
这个不知道……
哎，可以给他们玩游戏啊，在飞船的系统中安装一个巨型的模拟游戏，网络的，模拟一个一部分社会的巨型模拟游戏，这样宇航员的心理问题应该不会那么突出了吧。

lipancs

水，食物，氧气，物质的东西
貌似都是由原子构成分子，分子再往上构成。
只要发明一种机器，能按人给好的各种物质组成的结构图，再由适当的程序（原料恐怕宇宙里很多吧），就可以再造出来。
看到过星际迷航里的企业号里，要一杯咖啡，电脑瞬间就连杯子都弄好了:lol

roy986

这也太科幻了吧:lol
食物合成机，更高档点，物质合成机:funk: 有了这玩意那不是什么都能造了，宇航员寂寞了造个MM

ihf

人类或者任何智能体想要掌控宇宙，就必须变成“上帝”，甚至要超越“上帝”，肉身结构的生命绝对是原始的，必须要进化，永恒的生命是重要的一个里程，有了它，才能摆脱繁琐和浪费的知识重构体系，知识才能不断的累积和进化。在这一方面，比较接近完成的是克隆技术，日后有可能的是人工脑搭配人工细胞肢体或全电子肢体，最后的形式估计是类似鬼魂的能量体。“点石成金”！也就是物质转化技术，这也是一个重要的里程，当掌握了任意组合分解分子，原子，夸克...的能力后，你将可以将身边的垃圾，灰尘乃至气体转化成你所需要的物质或者能量，想想核武器爆炸所发出的能量也就是仅仅消灭了几克物质的能量而已，因此这项技术所带来的益处非常明显。
以上～都是未来的一些可能～能否实现谁都不知道～
最后，来说一个有趣的理论，也就是宇宙能量饱和理论，用个比方来简单的说明吧：比如地球就是宇宙，地球上的任何非生命或生命的活动都会产生热量，因此地球的温度会逐步升高，生命类型会随着温度的升高或进化或逐步被淘汰，到某一程度最后的生命体也因无法承受而消亡了，而后温度继续升高，这时已经没有固体物质了，全是超高温粒子，当温度上升到达一个极限的时候，会产生一个“塌陷爆炸”，粒子重新聚合成物质，同时带走了全部热量，宇宙又重新开始....
当然，目前的人类要谈论宇宙就连井底之蛙都不如，不过，有一个探索求知之心和一个梦想总是好的～:P

lipancs

随意的改造，随意的享有
《人工智能》电影的最后，几万年过去了:time: ，那时的人类描述好像是一种能量体~~~~

roy986

我认为生命的最高存在形式就该是以能量形式存在的。COOL啊

lipancs

照爱因斯坦的相对论而言，以光速或半分比光速的速度飞行，飞船以外的人会觉得飞船上的人的动作越来越迟缓。打个比方，一艘宇宙飞船正在前往黑洞的路上，它每个一秒向地球发送一次信号，起初很准，但当离黑洞越来越近的时候，信号之间的间隔会越来越长。以致于最后坠入黑洞后，地球永远收不到信号。
        我们进行长途的星际旅行，使速度达到光速，对飞船上的人而言，几十光万年的路程也许就仅仅几个月而已。但对地球而言，已经过去了上万年。
这对星际旅行而言是很没有意义的。它导致了时间的错乱。如果银河系里发生战争，前线是上万光年的方，而最新的补给船从地球出发，等到到那个地方，战争早都结束了，这就没有意义了。
        说来说去，我们还是绕着三维世界转圈圈。想要到达遥远的地方，而保持飞行器和现实的时空的统一，则必须用超空间跳跃了。:Q

[ 本帖最后由 lipancs 于 2008-3-1 02:54 编辑 ]