像电影中人那样穿越宇宙？没错，利用暗物质，或制造人工黑洞——科学家们设计了以此为动力的全新恒星飞船

　　谭薇

　　星际旅行是人类永恒的梦想，然而正如道格拉斯·亚当斯（Douglas Adams）在其著作《银河系漫游指南》中感叹的那样，“宇宙空间的浩瀚无际真是令人难以置信”——即使距离我们最近的半人马座比邻星，也在4.2光年之外。这是日地距离的20多万倍，相当于在地月之间往返5000万次。若乘坐美国“旅行者1号”以每秒17公里的速度离开太阳系，我们将在7.4万年后到达比邻星。由此观之，星际旅行似乎是痴人说梦。

　　但科学家的奇思妙想不会因此止步不前。《新科学家》最近报道，两套全新的恒星飞船设计方案出炉，试图利用宇宙间的“黑暗力量”。纽约大学物理学家刘珈（Jia Liu，音译）设计了一种由暗物质驱动的宇宙飞船，而堪萨斯州立大学的数学家路易斯·柯林（Louis Crane）和肖恩·韦斯特摩兰德(Shawn Westmoreland)则相信，人工黑洞将成为宇宙飞船穿越星系的唯一动力。这些激动人心的方案有可能使我们——或者说使我们的后代——实现星际旅行的梦想。

　　黑暗力量：无限接近光速

　　暗物质飞船的不同寻常之处，在于它可以自宇宙间的暗物质粒子获得能量，无需携带任何燃料，其加速能力亦不会因为重量问题受到影响。

　　事实上，暗物质的本质直到今天仍是未解之谜。根据一种前沿的理论，它有可能是一种弱相互作用的亚原子粒子。这种中性伴随子没有电荷，但有相对应的反粒子。在特定情况下，两者会相互碰撞而湮灭，并将全部质量转化为能量。1000克暗物质粒子将释放高达1017 焦耳的能量，相当于同等质量炸药的100亿倍，可为火箭提供充足的能量。暗物质占据了宇宙间物质含量的90%以上，而我们目前看到的不过是宇宙总物质量的10%。

　　根据刘珈的设想，暗物质飞船的引擎相当于一只“盒子”，盒盖的开启方向正好是飞船的运动方向。暗物质进入后，盒子会闭合并缩小，从而提高暗物质的湮灭速率。湮灭反应所产生的能量将通过另一只盖子释放出来，这一过程处于永恒的循环之中。刘珈认为，火箭飞行速度越快，它所获得的暗物质也越多，速度也将随之不断提高，其加速度将取决于周围暗物质的密度、引擎的作用区域和火箭的质量。假设恒星飞船的质量仅为100吨，作用区域为100平方米，它将在几天内接近光速，到达比邻星所需的时间亦将从几万年缩短至几年。鉴于化学火箭效率极低，仅能将质量的10%转化为能量，核聚变的效率亦不过1%，反物质火箭将成为黄金标准。

　　不过，这套方案还面临一个小小的问题。迄今为止尚不存在详尽的银河系暗物质地图，目前已知最大的密集区距银河系中心达2.6万光年之远。刘珈认为，假如外星人选择了暗物质火箭作为星际旅行的工具，那么暗物质的密集区，很可能相当于大城市的交通枢纽地区。

　　人工黑洞：山中一日，世上千年

　　柯林认为，关于暗物质存在着太多的不确定性，人工黑洞将成为未来星际旅行的唯一方式。1970年，斯蒂芬·霍金论证了黑洞并非全黑，当其中的物质转化为亚原子粒子团时，黑洞便会“蒸发”。柯林认为，以伽马射线光子为重要成分的霍金辐射将成为飞船翱翔太空的主要动力。

　　根据柯林的设想，创造人工黑洞需将大量能量聚焦于小范围内。他计划利用一个宽达250公里的太阳能板为伽马射线激光器充电，它运行于距日数百万公里的轨道上，需要一年左右的时间来搜集能量。由此产生的黑洞质量将达数千万吨，体积却不过一只原子核大小。下一步是使其进入恒星飞船后部的抛物面镜的焦距内。经镜面反射而成的平行光束将成为推动飞船前进的排气管。

　　据柯林介绍，小型黑洞的辐射量远远超过质量接近恒星的大块头。一个重约100万吨的黑洞是完美的能源：它既能产生充足的霍金辐射，也可确保其质量不会在百年内消耗殆尽。这是黑洞飞船的“最佳平衡点”，其航行速度有望于数十年内达到光速。在黑洞内添加其他物质可进一步提高其加速度。对于旅行者而言，时间会变慢，其衰老速度将小于地球上的人类。你完全有可能在有生之年抵达距离250万光年之外的仙女座星系。

　　柯林认为，这种设想看似不可思议，却是唯一可行的星际旅行方法。只有拥有生命的宇宙才能够制造黑洞，并诞生出其他的宇宙，没有生命的宇宙终将消亡。外星人或许早已发现了黑洞的奥秘。因此，创造人工黑洞将成为与外星智能对话的有效手段。黑洞的霍金辐射将造成时空波动，未来人们有望检测到这种全新的引力波。

　　太空迷航：想飞之心，永远不死

　　早在“黑暗动力”之前，科学家们便已设计了无数雄心勃勃的星际旅行方案，宇宙飞船的进化史亦是一部人类梦想史。世界上第一艘载人飞船是上世纪60年代苏联发射的一次性航天器“东方1号”。尽管其活动范围仅限于地球轨道，但毕竟开辟了人类通往太空的道路。

　　之前的1958年，美国科学和宇航委员会便提出将太空移民作为“人口爆炸”问题的解决方案。然而，“五月花”号宇宙飞船需要用五代人的时间才能抵达半人马座，你至少需要工作700年才能攒够旅费。鉴于这漫长的百年之旅只有星光相伴，有人建议在飞船尾部接连投下氢弹，利用爆炸形成的屏障捕捉10％的能量。

　　数年后，美国物理学家罗伯特·巴萨德（Robert Bussard）提出了一个颇为大胆的设想：利用“冲压发动机”来创造电磁场，捕捉星际间的稀薄空气，并通过压缩氢气引发核聚变，产生巨大的推力，这也是暗物质飞船的灵感来源。其他设计还包括一种由激光束推动的巨型太阳帆。然而，这些方案与现实之间的距离也许比半人马座还要遥远。

　　近年来，虫洞和空间跳跃理论的发展给星际旅行带来了新的希望，至少它们为科幻剧《太空堡垒卡拉狄加》中的异想天开提供了素材。根据广义相对论，时空可以如橡皮膜一般弯曲、拉伸和压缩；所谓虫洞即是指通过时空的捷径。基于这一原理，只需打开卡拉狄加号的驱动引擎，引发时空弯曲并制造出人工的虫洞，便可于瞬间抵达宇宙的另一边。在《星际旅行：深空九号》中，可以将人即时传送到第三象限的稳定虫洞更是成了重要的太空战略据点。

　　与虫洞历史同样悠久的是黑洞学说。黑洞飞船的设想第一次出现在阿瑟·C.克拉克（Arthur C. Clarke）的科幻小说《地球帝国》中。在2008年的电影版《星际迷航》中，史巴克和罗慕伦帝国统治者尼罗的飞船均被吸入黑洞，后者被传送到距离现在的25年前。最近，霍金亦开始宣传这一理念，提倡寻找一个业已存在的黑洞。然而，在浩瀚无际的太阳系“撞见”黑洞的概率又有多大呢？

　　或许情况并不如人们想象中那样悲观。上月末，欧洲大型强子对撞机（LHC）首次实现了粒子流的对撞，这次成功重启有望于今年带来超对称暗物质研究的重大突破。或许在有生之年，我们将有机会目睹“黑暗系”宇宙飞船顺利升空。getty图