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人类或许在无意中向外星文明宣战?

利维坦按:说到曲速引擎,早在1996年,美国NASA就成立了突破性推进物理计划(Breakthrough Propulsion Physics Program),其中部分经费支援了曲速引擎方面的推测性工作。只可惜,这项计划在2002年中止了。


一些物理学家提出一种超光速航行的模型,以劳仑兹流形的架构来陈述;这种架构在广义相对论中被用以建立时空模型。然而,相反于平常的误解,这些模型并非爱因斯坦场方程式的解。它们也没有给出如何实做曲速泡(warp bubble)的提示。这些模型确实指出速度是无法超过光速,但原理上却可能可以透过对时空本身做适度的弯曲,来回避光速限制的问题。其中最广为人知的是阿库别瑞引擎(Alcubierre Warp Drive),具有有趣的特质——其用词上与星旅系列术语一致:“曲速层级”是空间(或者说时空更为恰当)翘曲的量度,而不是实际速度。


不过话又说回来了,不考虑曲速引擎,单就文中的高能量激光帆而言,即便能够实现,还要有诸多的问题要考虑——比如,怎么使飞船着陆。要知道,这种极高速度落入其他外星星球,外星人会怎么考虑呢……



文/Ethan Siegel

译/Yord

校对/Amanda

原文/www.forbes.com/sites/startswithabang/2018/08/07/is-humanity-about-to-accidentally-declare-interstellar-war-on-alien-civilizations/#5efb149226a9

本文基于创作共同协议(BY-NC),由Yord在利维坦发布

文章仅为作者观点,不代表利维坦立场

 

距离太阳25光年之内,拥有已知系外行星的恒星种类繁多,而像K2和TESS这样的搜寻任务,将会找到更多这类恒星。它们都是星际旅行的绝佳目标。但若我们贸然行事,我们的探索或许会被误解为蓄意的侵略行为。图源:NASA/GODDARD/ADLER/U. CHICAGO/WESLEYAN


想象你自己身处一个与地球并无二致的星球,这个星球环绕一颗与太阳无甚差别的恒星运行。这里的温度和大气恰好都适宜地表液态水的留存,海洋和陆地的分布确保生命在数十亿年里有着稳定、繁荣的条件。同时,进化过程增加了这个星球的生物复杂性和多样性。在偶然变异和选择压力的共同作用下,其中某个物种进化发展出感知和意识,并在对大自然的支配上达到了前所未有的高度。


随着技术进步,他们开始好奇其他星球上的外星文明。之后,他们的天空中出现了一个遥远模糊的光点,并以相对论性速度在星球上砸出了一个洞,第一次进攻由此开始。这并不是流星、小行星或彗星,而是穿越星际空间而来的人类。

 

1992年“哥伦比亚”号航天飞机发射升空,这表明火箭的加速度并不只是瞬间产生,而是在一段时间内持续进行,可长达数分钟。但由于我们如今面临的现实局限,若想让一艘星际飞船(而非一支火箭)抵达另一恒星系统,就意味着这段旅程得耗上好几代人的时间。图源:NASA


而在地球上,我们设想中的星际旅行一般归于两类:


1.我们利用火箭推进装置缓慢前行,这将是一段耗费好几代人时间的旅程。


2.假设我们已取得巨大科学进展,能以相对论性速度(接近光速)快速航行。


即便是进行无人航行,似乎也不存在第三种选择。我们要么搭乘“旅行者”号这样的宇宙飞船,花个成千上万年才航行了一光年;要么发展新技术,以使宇宙飞船加速至极快的速度。第一种方法好像难以接受,第二种又似乎脱离实际。

 

在影片《星际迷航》中,飞船的曲速引擎系统使星际旅行成为可能。如果我们掌握了这项技术,就可以轻而易举地跨越恒星之间的距离。但现下看来,这仍停留在科幻作品的层面上。图源:ALISTAIR MCMILLAN/C.C.-BY-2.0


但从2010年以来,发生了一些有可能扭转局面的事情。事实上,我们已经取得了巨大的技术进步,可在相当长的一段时间内为宇宙飞船提供大量能量,(原则上)得以将其加速到惊人的速度。


这项巨大的进步发生在激光物理科学领域。如今,激光的能量和准直度已经达到前所未有的程度。这意味着如果我们将一个巨大的高能量激光阵列送入宇宙,由于太空中不存在大气色散,因此它们可以在很长一段时间内照射单个目标,为其提供能量和动量,直到速度达到光速的10%以上。

 

星际探索定向推进系统(DEEP-IN)中,激光帆设想的关键在于,用一个大型激光阵列,照射并加速一个相对来说面积大而质量轻的航天器。这有可能使非生命物体加速至接近光速,星际旅行或可在一代人的时间里得以完成。图源:© 2016 UCSB EXPERIMENTAL COSMOLOGY GROUP


2015年,一组科学家撰写了白皮书,阐述如何将先进的激光阵列与太阳帆理论结合,制造以激光帆为动力的航天飞船。理论上,我们可以利用现有技术和超轻质量的宇宙飞船【如微型宇宙飞船“星片”(starchips)】,在一代人的时间内抵达最近的星系。

(www.deepspace.ucsb.edu/wp-content/uploads/2015/04/A-Roadmap-to-Interstellar-Flight-15-h.pdf)


该理念很简单:将这个高能激光阵列对准一个可高度反射光线的目标,将一颗非常小、质量很轻的微型卫星挂在帆上,并将其加速至可达到的最大速度。太阳帆的理念由来已久,自开普勒时代就一直存在。但激光帆的使用将会是一场真正的革命。

 

这是一位艺术家描绘的激光驱动帆。展示了一艘面积大、质量轻的宇宙飞船如何通过持续反射大功率、高度准直的激光,获取加速度以达到极快的速度。图源:ADRIAN MANN / UCSB


相较之下,这种组合带来了巨大优势:


1.这个过程中,大部分供能并非来自一次性的火箭燃料,而是可以重复充能使用的激光器。


2.“星片”宇宙飞船的质量超乎想象的轻,因此可被加速至非常快的速度(接近光速)。


3.随着电子产品的微型化,及超强超轻材料的出现,我们可以制造出可用装置并将其送到数光年外。


这个想法并非新近产生,但新技术的出现——可能是在二三十年内,也可能是现在,使这个想法看起来能够实现。


激光帆若能抵达一个遥远的星球,这将是了不起的成就。但该图中它的移动速度慢了大约1000倍,并无实现的可能。若它的速度是光速的0.2倍,则几小时内就能穿过整个太阳系。图源:BREAKTHROUGH STARSHOT / YOUTUBE


如果说我们一切顺利,我们开发出了合适的材料来反射足够多的激光,以保护帆免遭激光破坏。我们充分地校直了激光,建造了足够大的阵列,并将这些“星片”宇宙飞船加速至拟定的光速的20%(约60,000km/s),然后我们将它们对准潜在的宜居星球,比如半人马星座阿尔法A星(Alpha Centauri A)或天仓五星(Tau Ceti,又称为鲸鱼座T星)


也许我们会向这一星系发射一批“星片”宇宙飞船,期望能探索这些星系并获得更多信息。毕竟,正如我们所提议的那样,主要的科学目标仅在于抵达期间收集并传回数据。但该计划存在三大问题,加在一起来看,足以构成星际战争的宣战行为。


对于“星片”这类微型宇宙飞船而言,激光帆在理论上的确可能将其加速至光速的20%,并在一代人的时间里抵达另一恒星。但我们发出的信息可能是灾难性的。图源:BREAKTHROUGH STARSHOT


第一大问题是,颗粒物质遍布于星际空间,多数以较慢的速度(以每秒数百公里的速度)缓慢游离在银河系中。一旦发生碰撞,它们能在短时间内把宇宙飞船撞成一摊宇宙中的蜂窝状奶酪。


第二大问题是,目前没有合理的减速机制。当这些宇宙飞船抵达目的地时,落地速度大抵和发射速度相当。没有制动时间来获取数据或采取更温和的轨道对接方式;航行速度也无从改变。


第三大问题是,要达到与目标星球足够接近(但不相撞)的精准程度几无可能。所有天体的运行轨迹都充满了不确定性,包括我们的目标星球。

 

1860年,一颗流星擦过地球,发出壮丽光芒。通常来讲,任一次撞击中,我们遇上这种擦过大气层的流星的概率大约在2%,而碰撞的概率是98%。图源:FREDERIC EDWIN CHURCH / JUDITH FILENBAUM HERNSTADT


当我们撞上一颗有生命栖身的星球时,会发生什么?这颗星球将变成什么样子?


相比我们制造的宇宙飞船返回地球大气层的速度,60000km/s的速度要快上数千倍。这比太阳系中最快的流星都要快上约1000倍。若按这个速度,星片宇宙飞船只需千分之几秒即可穿过整个大气层——从太空到地表。但在宇宙飞船重返我们的大气层时,在速度慢上千万倍的情况下,仍只有最先进的隔热罩才能幸免于难。

 

宇航员鲍勃·克里彭(Bob Crippen)和双子星B号飞船舱,及严重受损的(不过是完整的)隔热罩。就算速度为“星片”航天飞船速度的数千分之一,在重返大气层时隔热罩仍很难保持完好。图源:NASA/KIM SHIFLETT


但是速度和能量具相关性,这使得情况非常棘手。如果速度加倍,能量会是原来的4倍,因为动能与速度的平方成正比。若一块重达1,000,000千克的巨石撞击一颗运行速度为60km/s的行星,将会对其造成一定破坏。但若是一块仅重达1千克、运行速度为60,000km/s的石头撞上去,产生的能量将不相上下。


即使宇宙飞船的质量极轻,它仍然会造成破坏。一颗行星若被重约1克、运行速度为60,000km/s的宇宙飞船撞击,带来的灾难性后果将不亚于被一颗重约1吨、运行速度约为60km/s的小行星撞击。在地球上,每十年才发生这样一次撞击。每次撞击产生的能量将和车里雅宾斯克陨石撞击地球时的能量相当——是地球十年来最严重的一次撞击。

 


2013年,发生了多年来最严重的一次陨石撞击地球事件,成千上万的人因此受伤,经济损失达数百万美元。若与星球相撞的,是重量为1克、运行速度为相对论性速度 60,000 km/s的宇宙飞船,造成的破坏只会更大。此举可能会被视作一种蓄意的侵略行为,或者更糟的是,一次宣战。


假设你是一个外星人,所居住的星球被这些以相对论性速度的物体撞击,你会得出什么结论?你会意识到这些快速穿行的庞然大物,并非自然之物,而是出自智慧文明之手。你将知道你们是被故意针对的,因为宇宙广袤,撞击一个星球绝不是随机事件。


最糟糕的是,你会以为这个文明心怀恶意。因为在已知会造成巨大破坏的前提下,存有善意的外星生物绝不会轻率鲁莽地发射任何东西。如果我们聪明到能够发射一艘宇宙飞船,让它穿越银河系到达另一颗恒星,那么我们肯定也能估算出随之而来的灾难性后果。



2016年4月12日,在纽约世贸一号观景台,斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)教授出席了新太空探索计划——“突破摄星”的发布会。这一想法雄心勃勃,锐意革新,但也存在巨大的潜在危险。如果我们希望避免意外的星际侵略举动,就必须处理这一危险。


斯蒂芬·霍金有句广为人知的警言:


如果外星人造访我们,后果可能类似于哥伦布登上美洲大陆,而对于美洲原住民来说,结局并不圆满。


然而,除非我们用心考虑星际探索的后果,以及所需的相应技术,否则,我们将是从一个文明星球向另一文明星球开第一枪的人,这可能是史无前例的。霍金本人是“突破摄星”计划最重要的倡导者,这表明他对于宇宙的看法并没有保持前后一致。论及外星联系时主张谨慎原则的人,却毫不犹豫地支持发射星际武器。


这不是狂野的西部世界,而是最后的边疆。当我们初初踏入宇宙海洋时,肯定会踉踉跄跄。但我们必须确保这种踉跄是无害的、不带恶意的。若不加谨慎就循着一条不计后果的险路前行,则为玩忽职守。如果我们面对的是一个在技术上先进数千年的物种,而又过于疏忽,等着我们的可能就不只是一记耳光了,有可能是毁灭性星际战争发射的第一颗子弹。

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来自:颐源书屋  > 天地人
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