為什么人類(lèi)無(wú)法走出太陽(yáng)系？巨大的三個(gè)枷鎖，將我們牢牢封印其中

旅行者1號(hào)飛了46年，現(xiàn)在距離地球240億公里，聽(tīng)起來(lái)很遠(yuǎn)對(duì)吧？但如果把太陽(yáng)系比作一個(gè)足球場(chǎng)，它才剛剛離開(kāi)球門(mén)線(xiàn)不到兩米。按照這個(gè)速度，它要飛到最近的恒星，需要7萬(wàn)年。人類(lèi)引以為傲的星際探索，在宇宙尺度面前，連蹣跚學(xué)步都算不上。

這不是技術(shù)還不夠先進(jìn)的問(wèn)題，而是我們撞上了三堵幾乎無(wú)法逾越的墻，它們不是工程難題，而是物理定律本身給人類(lèi)文明套上的枷鎖。

第一道枷鎖：速度的絕望天花板

我們先來(lái)算一筆賬。距離太陽(yáng)系最近的恒星是比鄰星，4.24光年，換算成公里大約是40萬(wàn)億公里。人類(lèi)目前飛得最快的航天器是帕克太陽(yáng)探測(cè)器，2024年它創(chuàng)下了時(shí)速69.2萬(wàn)公里的紀(jì)錄——這已經(jīng)是人類(lèi)造出的最快物體了，相當(dāng)于從北京到上海只需要1.8秒。

聽(tīng)起來(lái)快得不可思議，但用這個(gè)速度飛向比鄰星，需要多久？6600年。

這還只是最近的一顆恒星。如果想探索銀河系中心，距離是2.6萬(wàn)光年，帕克探測(cè)器要飛3900萬(wàn)年。而銀河系在宇宙中不過(guò)是滄海一粟。

問(wèn)題出在哪？不是火箭不夠大，而是化學(xué)燃料的能量密度觸到了物理極限。

目前人類(lèi)火箭用的最強(qiáng)燃料是液氫液氧組合，比沖（衡量燃料效率的關(guān)鍵指標(biāo)）大約是450秒。這意味著每公斤燃料能提供的速度增量是有限的。

根據(jù)齊奧爾科夫斯基火箭方程，如果你想把飛船加速到光速的10%（每秒3萬(wàn)公里），光靠化學(xué)燃料，你需要的燃料質(zhì)量是飛船本身的……10的幾十次方倍。這不是天文數(shù)字，這是荒誕數(shù)字。整個(gè)地球的質(zhì)量都不夠你燒。

所以NASA在1977年發(fā)射旅行者號(hào)時(shí)用了一個(gè)聰明辦法：引力彈弓。讓探測(cè)器借助木星、土星的引力加速，不費(fèi)一滴燃料就能提速。旅行者1號(hào)正是靠著這招，才達(dá)到了每秒17公里的速度。但引力彈弓有上限，你不可能無(wú)限借力，太陽(yáng)系里能用來(lái)彈弓的大行星就那么幾顆。

有人說(shuō)，核動(dòng)力呢？核裂變的能量密度確實(shí)比化學(xué)燃料高幾百萬(wàn)倍。1960年代美國(guó)搞過(guò)一個(gè)瘋狂的"獵戶(hù)座計(jì)劃"，打算在飛船屁股后面不斷扔核彈，靠爆炸推動(dòng)前進(jìn)。

理論上可以把飛船加速到光速的3%-5%，去比鄰星只要100年左右。但這個(gè)計(jì)劃因?yàn)椤恫糠纸购嗽囼?yàn)條約》被叫停了——在太空里扔幾千顆核彈，政治上和工程上都是災(zāi)難。

核聚變呢？它的能量密度比裂變又高幾倍，而且燃料（氘、氦-3）宇宙里到處都是。問(wèn)題是，人類(lèi)到現(xiàn)在都沒(méi)能在地球上實(shí)現(xiàn)可控核聚變發(fā)電，想把它小型化、塞進(jìn)飛船里，恐怕還要再等幾十年甚至上百年。即便實(shí)現(xiàn)了，核聚變火箭的理論極限速度也很難超過(guò)光速的10%。

說(shuō)白了，化學(xué)燃料讓我們能離開(kāi)地球，卻飛不出太陽(yáng)系；核能讓我們看到了恒星際旅行的一絲曙光，卻仍然要以"世紀(jì)"為單位計(jì)算航程。

而最致命的是，還有一個(gè)無(wú)法打破的極限橫在那里：光速。

第二道枷鎖：時(shí)間的無(wú)解困局

就算我們突破了能源瓶頸，造出了核聚變飛船，甚至更科幻的反物質(zhì)引擎，把速度提升到光速的50%，這在理論上已經(jīng)是人類(lèi)工程學(xué)的極限了，去比鄰星仍然需要8.5年。

8.5年，聽(tīng)起來(lái)好像可以接受？但問(wèn)題遠(yuǎn)沒(méi)有這么簡(jiǎn)單。

首先是減速問(wèn)題。飛船不是子彈，到了目的地不能直接撞上去。你加速用了多少燃料，減速就得再用差不多同樣多的燃料。這意味著整個(gè)航程的燃料消耗要翻倍甚至更多。

旅行者1號(hào)之所以能飛這么遠(yuǎn)，是因?yàn)樗静淮蛩阃Ｏ聛?lái)，只是路過(guò)。但如果你想讓宇航員登陸另一顆行星，或者讓探測(cè)器進(jìn)入環(huán)繞軌道，減速是躲不掉的。

其次是人類(lèi)壽命的問(wèn)題。光速的50%去比鄰星要8.5年，回來(lái)又是8.5年，加上探索時(shí)間，一來(lái)一回20年起步。而這是最近的恒星。如果目標(biāo)是100光年外的宜居行星呢？即使以光速的50%飛行，單程200年，沒(méi)有任何宇航員能活著抵達(dá)。

有人提出了"世代飛船"的概念：派一批人出發(fā)，讓他們?cè)陲w船里生兒育女，幾代人之后到達(dá)目的地。這聽(tīng)起來(lái)浪漫，但仔細(xì)想想幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。一艘能容納上千人生活幾百年的飛船需要多大？需要多少食物、水、能源的循環(huán)系統(tǒng)？

人類(lèi)從來(lái)沒(méi)有造出過(guò)任何一個(gè)能完全自給自足、運(yùn)行百年的封閉生態(tài)系統(tǒng)。1990年代美國(guó)的"生物圈2號(hào)"實(shí)驗(yàn)，8個(gè)人在一個(gè)封閉生態(tài)艙里只撐了兩年，氧氣就出了問(wèn)題，食物產(chǎn)量遠(yuǎn)低于預(yù)期。那還是在地球表面，有陽(yáng)光、有重力、隨時(shí)可以外部救援。

還有一個(gè)更隱蔽的時(shí)間陷阱：通訊延遲。旅行者1號(hào)現(xiàn)在發(fā)出的信號(hào)，需要22小時(shí)才能傳回地球。如果飛船飛到10光年之外，一條指令發(fā)出去，回復(fù)要等20年。任何遠(yuǎn)程控制都是天方夜譚，飛船必須完全自主決策。

而人類(lèi)目前的人工智能，連無(wú)人駕駛汽車(chē)都還不敢完全放手，更別說(shuō)讓它獨(dú)立處理幾百年航程中可能遇到的各種未知情況。

時(shí)間的困局歸根結(jié)底是物理定律的約束。愛(ài)因斯坦告訴我們，任何有質(zhì)量的物體都無(wú)法達(dá)到光速，只能無(wú)限接近。你想加速到光速的99%，需要的能量會(huì)趨近于無(wú)窮大。這不是技術(shù)問(wèn)題，這是宇宙的基本規(guī)則。

蟲(chóng)洞？曲速引擎？這些科幻作品里的解決方案，理論物理學(xué)確實(shí)在研究，但全部需要"負(fù)能量物質(zhì)"——一種從未被發(fā)現(xiàn)、甚至可能根本不存在的東西。即使它存在，制造蟲(chóng)洞所需的負(fù)能量相當(dāng)于把整個(gè)木星轉(zhuǎn)化成能量。這已經(jīng)不是工程挑戰(zhàn)了，這是許愿。

第三道枷鎖：生存的不可能環(huán)境

假設(shè)，只是假設(shè)，我們解決了速度問(wèn)題，解決了時(shí)間問(wèn)題，造出了一艘能以接近光速飛行、并在幾十年內(nèi)抵達(dá)另一顆恒星的飛船。宇航員還活不下來(lái)。

星際空間是人類(lèi)想象中最極端的地獄。

第一個(gè)殺手是宇宙射線(xiàn)。地球上我們被地磁場(chǎng)和大氣層保護(hù)著，感受不到宇宙射線(xiàn)的威脅。但在深空，每秒都有高能粒子穿過(guò)你的身體。NASA的研究顯示，前往火星的七個(gè)月航程中，宇航員接受的輻射劑量相當(dāng)于地球上普通人200年的累計(jì)輻射量。

長(zhǎng)期暴露會(huì)導(dǎo)致DNA損傷、癌癥風(fēng)險(xiǎn)激增、認(rèn)知能力下降。更可怕的是太陽(yáng)耀斑和伽馬射線(xiàn)暴——如果在航程中遇到一次強(qiáng)烈爆發(fā)，宇航員可能在幾小時(shí)內(nèi)接受致死劑量的輻射。

現(xiàn)有的防護(hù)手段呢？基本上就是加厚飛船外殼。但要想有效屏蔽宇宙射線(xiàn)，飛船壁厚度可能需要達(dá)到幾米，用鉛或水作為屏蔽材料。這會(huì)讓飛船重量變得無(wú)法承受，而我們剛才說(shuō)過(guò)，重量直接決定燃料需求，燃料需求決定任務(wù)是否可行。

第二個(gè)殺手是微隕石。星際空間里漂浮著無(wú)數(shù)塵埃和小碎片，你看不見(jiàn)，但它們速度快得驚人。以光速的50%飛行的飛船，撞上一粒沙子大小的微隕石，產(chǎn)生的能量相當(dāng)于一顆炸彈。

1公斤的微隕石？那基本上是核武器級(jí)別的沖擊。2016年，國(guó)際空間站的玻璃窗被一塊僅0.2毫米的油漆碎片撞出了7毫米的裂痕，而空間站的速度只有每秒7.7公里，是光速的幾萬(wàn)分之一。

歐洲航天局曾估算，以光速10%飛行的星際飛船，每年會(huì)遭遇幾百萬(wàn)次塵埃撞擊。除非我們發(fā)明出某種科幻級(jí)別的"偏轉(zhuǎn)護(hù)盾"，否則飛船會(huì)在幾十年內(nèi)被打成篩子。

第三個(gè)問(wèn)題是人體本身的脆弱。長(zhǎng)期失重會(huì)導(dǎo)致骨質(zhì)流失，國(guó)際空間站的宇航員即使每天鍛煉兩小時(shí)，6個(gè)月任務(wù)結(jié)束后骨密度仍會(huì)下降10%以上。肌肉萎縮同樣無(wú)法避免。

更讓科學(xué)家擔(dān)憂(yōu)的是眼球變形，微重力下，體液上涌會(huì)壓迫視神經(jīng)，超過(guò)半數(shù)的長(zhǎng)期駐站宇航員出現(xiàn)了視力問(wèn)題，有些是永久性的。

人造重力？理論上可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)飛船產(chǎn)生離心力模擬重力。但這需要巨大的旋轉(zhuǎn)半徑才能避免宇航員頭暈（半徑太小的話(huà)，頭和腳的重力差異會(huì)讓人不適）。一個(gè)能提供舒適人造重力的旋轉(zhuǎn)艙段，直徑可能需要幾百米，這又回到了那個(gè)老問(wèn)題：重量。

心理健康是另一個(gè)被嚴(yán)重低估的挑戰(zhàn)。極地科考站和核潛艇任務(wù)給我們提供了部分參考數(shù)據(jù)：長(zhǎng)期封閉環(huán)境下，抑郁、焦慮、人際沖突的發(fā)生率會(huì)急劇上升。

而這些任務(wù)通常只持續(xù)幾個(gè)月到一年，隨時(shí)可以呼叫救援。想象一下，幾十個(gè)人被關(guān)在一艘飛船里幾十年甚至上百年，與地球隔絕，知道回程遙遙無(wú)期，任何一個(gè)小矛盾都可能演變成致命沖突。

寫(xiě)在最后

我們用了幾千年時(shí)間學(xué)會(huì)了離開(kāi)地面，用了幾十年學(xué)會(huì)了離開(kāi)地球。但離開(kāi)太陽(yáng)系，可能需要幾千年，也可能永遠(yuǎn)也做不到——如果物理定律不給面子的話(huà)。

這不是悲觀，而是對(duì)宇宙尺度的誠(chéng)實(shí)認(rèn)知。人類(lèi)不是被囚禁在太陽(yáng)系里的可憐蟲(chóng)，我們只是一個(gè)剛剛學(xué)會(huì)用火的物種，抬頭仰望一片連光都要走幾萬(wàn)年才能穿越的黑暗。

也許未來(lái)會(huì)證明我們錯(cuò)了，也許這些枷鎖終將被打破。但在那一天到來(lái)之前，太陽(yáng)系這片直徑兩光年的小小家園，就是我們唯一的宇宙。