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星际旅行：可能还是幻想？
作者：陈 坪
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《星球旅行的奥秘》(以下简称《奥秘》)(劳伦斯·克罗斯著，董成茂译，中国对外翻译出版公司2001年版)和《时间旅行》(约翰内斯·冯·布特拉尔著，汪阳译，湖南科学技术出版社2001年版)，分别出自美国著名物理学及天文学教授和德国著名畅销书作家之手，是探讨星际之旅是否可能的科普类学术著作。值得一提的是，前一本书的写作成因要追溯到三十年前美国电视台播出的一部名为《星球旅行》的科幻系列片。当时，它以惊人的创意和丰富的想像力，激起了观众对宇宙和星际旅行的好奇心，也引起了不少天体物理学家的注意和兴趣，劳伦斯·克罗斯就是其中的一位。事隔数十年后，该系列片触及到的现代物理学问题，仍使他无法释怀。在人类的太空探险活动日益为社会所关注的今天，克罗斯觉得，要向公众介绍“当今物理学前沿和明天物理学中的一些更为新奇的思想”，都离不开对星际旅行的探讨，因为它更多地涉及到宇宙的奥秘和人类未来无穷无尽的可能性。正是这种责任感，使他最终完成了此书的写作。将这样的两本书对照起来阅读，会加深读者对这一主题的了解。
后一本书之所以要冠以“时间旅行”的书名，是因为自爱因斯坦开创了新的时空理论后，凡认真探讨星际之旅的人都难以完全避开时间旅行，特别是“倒回从前”的时间旅行的话题。从理论上说，有两种情况是可以造成逆时间而行的结果的。一是飞船的速度超过光速；二是借助于某种超空间通道或封闭的时间轨道，以简单的空间旅行而不是超光速运动，去经历遥远的过去。前一本书的作者作为现代物理学的圈中人，在其书中就如实指出，广义相对论方程不仅没有直接杜绝，甚至是在鼓励“倒回从前”这种可能性。他告诉我们，爱因斯坦曾承认，在建立自己的理论时受到过这个问题的困扰，且“未能将它弄清楚”〔1〕。所不同的是，身为畅销书作家，《时间旅行》的作者约翰内斯·冯·布特拉尔似乎更多地流露出他对往返于过去与未来之间的“时间旅行”的兴趣，其书名也更倾向于这种意义上的可能性。为此他不惜求助于奇闻异事和通灵故事，并用丰富的想象来弥补证据方面的不足。虽然这使书的可读性有所增加，但其论述的可信度却要大打折扣。而《奥秘》作者的看法则显得严谨而客观。从尊重科学的角度出发，克罗斯着重介绍了“回到”过去所需的种种物理学条件过于苛刻而近乎神迹，因而其可能性微乎其微但理论上至少“目前还没有被彻底排除”的情况，令人读来饶有兴味。现在，不少科学家已经意识到，除了对常识的笃信或对科学发展的自信外，自己对这个宇宙其实还所知甚少；对时间旅行问题现在就贸然作肯定或否定的表态不会表达出比根深蒂固的信念更多的东西。而物理学的发展史已反复证明，它很少愿意迁就人类的信念。因此，克罗斯谨慎地断言，在量子引力理论建立之前，“时间旅行问题恐怕不会得到最后解决”。对尚未确知的事物在判断上留有余地，充分表现了一个科学学者的审慎和明智。
大家知道，人类目前还不具备从事星际旅行的技术条件。在太空领域，人造飞行器的飞行速度仅为光速的1／7500，用作太阳系九大行星间的探访还差强人意，从事星际之旅则显然力不从心。因为即使到距地球最近的恒星比邻星访问，仅单程之旅也得耗时近四万年之久，更不必说抵达更遥远的星系了。因此，怎样在尽可能短的时间内跨越浩瀚无垠的星际距离是星际旅行要解决的核心问题，也是《奥秘》和《时间旅行》讨论的一个重点。
早期的星际旅行设想，曾受到爱因斯坦理论的启发：相对于地球时间，星际飞船中的时间会随着飞行速度的增加而变慢；越接近光速，时钟就走得越慢，这一来，就能大大缩短宇航员旅行所用的时间。因此，将飞船大幅度地提速至接近光速的想法是一个主要的思路。多少年来，近光速旅行也一直在为星际之旅的爱好者、科幻小说的作家提供着梦想的养分和源源不断的创作灵感。但这种设想有一系列难题无法解决。首先，所需的能源令人束手。克罗斯告诉我们，经估算，即使能制造出物质—反物质的火箭推进装置，以3／4光速去比邻星访问，尽管往返时间可缩短至十年，但要消耗掉按美国目前的需要量计算可供美国使用十多万年的能量!而人类今天的反物质生产能力又如何呢?以拥有世界上能量最大的高能粒子加速器的美国费米实验室为例，其年运行成本甚至比目前美国政府的年财政预算还高，而它一年中所生产的反质子如能全部转化为能量，充其量也只能点燃一只普通的电灯泡!从投入产出的角度考虑，是绝对的得不偿失。此外，即使有朝一日解决了所需的能源问题，近光速飞船如何避免与太空物体相撞的问题也令人发怵。一位法国学者指出：“以如此高的速度，哪怕是一些原子也将会成为导弹，而星际间的太空并非空空无物。”〔2〕更令人不安的是人性的悲剧：近光速旅行的宇航员将经历一场“天上方数日，地上已千年”的时间错位游戏，虽没有比地球上的人多活额外的时间，返回时却要面对地球上数百年甚至数千年之后的景象。那时有两种可能性必须考虑：人类文明仍然存在或早已不复存在。对前一种可能性，《时间旅行》的作者想法比较乐观。他只想到经过几年旅行返回的宇航员将目睹和亲历人类遥远而新奇的未来，却没有想到事情还有另外一面：从事这种冒险的宇航员要付出与自己的亲人、朋友和生活中熟悉的一切诀别的惨重代价。当他们从“远古”归来时会痛苦地发现，在完全陌生的世代里，自己的知识结构已完全落伍，在价值观念上更是与眼前的世界格格不入。举目无亲加之又与人无法真正沟通的孤独处境，将诱发严重的心理疾患。如何在全新的环境中重新找到自己的位置会成为这些宇航员的严重问题。至于后一种可能性，其结局就更为悲惨。当归来的太空游客从飞船上眺望着这颗在记忆中仅仅数年不见就变得如此荒凉的陌生星球，心惊肉跳之余，内心将无法承受绝望的重创：生路已断，茫茫太空，何处是归途?无论将面临哪一种结果，都会令人不寒而栗。
既要实现星际旅行，又要避免上述悲剧的发生，以常规思维来看，就只有寄希望于超光速飞行了。然而，如上所述，连近光速飞行都不现实，又何谈超光速飞行!从爱因斯坦的质量和能量等积的定律我们得知，一个物体自身的质量将随其运动能量的增加而增加。就是说，物体的移动速度越接近光速，所花费的能量就越多，其质量的增加也就越快，这使进一步提速变得更加困难。举例而言，当速度是光速的10％时，一个物体的质量会增加一倍以上。要达到光速，物体的质量就会变成无穷大，要消耗无限多的能量才能保持这个速度。这就决定了除了光或其他不含内在质量的波能以光速移动外，宇宙中的任何物体都只能以低于光速的速度移动。这种不可逾越的障碍就注定了人类永远造不出光速飞船，更不要说做超光速的星际旅行了。
为了摆脱传统思维模式在探讨星际之旅时面临的根本困境，一些西方天体物理学家开始另谋出路，思考如何绕过光速障碍的问题。启发他们思路的是爱因斯坦广义相对论的弯曲时空观。这种复杂的时空观似乎暗示了宇宙空间中存在着各种异乎寻常的可能性，其中就包括了相距遥远的两点之间存在着不同的连接方式的那种可能性。为了找到以较低的速度飞行就能跨越星际距离的时空捷径，甚至能在过去和未来之间往来，这些当代物理学界的精英在对黑洞和蠕虫洞特性及时空的局部弯曲的可能等研究方面提出了一些极富创意而又极其令人费解的设想。为避免因回到过去而导致因果关系法则的破坏，甚至还有人提出了平行世界的理论。对此，《奥秘》和《时间旅行》也作了较全面的介绍，但同时也指出，所有这一切都仅仅是一些天才的猜测和原理上的推演，目前还根本无法得到验证。克罗斯对星际之旅所需的超凡的物理条件和难以想象的巨大能量的客观介绍说明，除非人类对宇宙终极规律的认识有重大的飞跃，自身的科技水平有革命性的突破，星际旅行的梦想就永远只能停留在纸上谈兵的阶段。
两本书都涉及到了深奥而令人惊叹的时空理论。尽管这些理论与我们的日常生活相距遥远，但它们有助于拓展人的想像力，对人的正常智力水平也是一种挑战，似乎更适合那些对宇宙的奥秘仍充满了顽童般的好奇心并保持着精神漫游乐趣的人阅读。卡尔·萨根说：“自从有了人类，我们就提出了许多深刻而基本的问题。这些问题令人惊奇和神往，它们使我们感到困惑，也激起我们去试探性地认知。”〔3〕即便是当下无解的某些问题仍然值得人类付出努力，其理由正如《奥秘》一书的作者所坦言的那样：“想象这些可能性本身就会带来极大的乐趣。”而《时间旅行》的作者则相信，“智慧生命的本性就充满了好奇，而这种特性在进化的过程中被证实是一种优点。如果没有这种好奇”，人类就不会告别茹毛饮血的时代。“而正是这种好奇，让我们跨越了我们这个时空的视界。”
当人类开始提前为本世纪二十年代伟大的载人火星探险做准备的今天，对时空性质的前卫性思考已逐渐显露出它与人类未来的某种重要关联。斯蒂芬·霍金认为：“构成星际旅行基础的物理学确实值得人们去探索研究。如果将我们的视野仅仅局限在地球上，就会限制人类思维的发展。”〔4〕歌德也说过，人具有“把不可能的东西当作仿佛是可能的东西那样来处理”的能力。因此，人可以生活在一个非具体的、仅仅是“可能的”领域，从而确保其精神视野不至于完全为眼前的现实需要所束缚。这令人想起费尔巴哈的一句名言：“动物只为生命所必需的光线所激动，人却更加为最遥远的星辰的无关紧要的光线所激动。只有人，才有纯粹的、理智的、大公无私的快乐和热情——只有人，才过理论上的节日。”也许正是基于这种与生俱来的本性，人类文明的进一步发展和科技水平的不断更新才有了最根本的保证。
注释：
〔1〕〔4〕《奥秘》，第15、149页。
〔2〕吉尔达·布尔代：《不明飞行物——五十年的秘密》，国际文化出版公司2000年版，第220页。
〔3〕《布鲁卡的脑·导言》，三联书店1987年版。