遠航!遠航!

作者:劉慈欣發布時間:2011-02-07

(原載于科幻世界2003年3月號)

這是借用一篇科幻小說的題目,作者是一名叫法默的美國人,描寫哥倫布乘一艘裝備著無線電的大船,在平面狀的地球上航行的迷人故事。其實,科幻小說在精神上與大航海時代有密切聯系,科幻小說家筆下的宇宙航行,就是海洋探險的三維翻版。一艘小小的飛船,像一粒漂浮在太空中的金屬果殼,這是大多數科幻小說中星際航行的情景。

但真實的恒星際航行可能是另一個樣子,在那種航行中,行駛在廣闊海洋上的將不是從利物蒲或鹿特丹駛出的三桅帆船,而很可能是利物蒲或鹿特丹本身。

科幻小說中的宇宙航行大多是以某種超技術為基礎的,即那些能在短時間內跨越光年級的距離的技術,比如超光速和空間躍遷等。目前,無論在理論上還是實驗中,都沒有一個被科學界普遍認可的對超光速可能性的證明,空間躍遷就更不用提了。科學和技術的力量是有目共睹的,但自然規律也有一個底線,不可能我們想要什么就有什么。很可能,當公元兩萬年到來的時候,愛因斯坦的相對論仍然有效,光速仍然不可超越,我們最強的動力仍然還是核聚變。但如果那時的人還是人,就一定揚起了恒星際航行的風帆。

那么,就讓我們想像一下,在以現有的理論為基礎,技術向前邁一兩步的情況下,星際航行可能是什么樣子。

設想我們能將宇宙飛船的速度再提高二、三百倍(相當不少了!),達到光速的百分之一,那么我們到達最近的恒星再返回需要一千年,如果飛船從宋朝出發,現在就快回來了。在這樣長的時間里,像哥倫布那樣帶足淡水和糧食是不太可能的。當然,應該考慮到冬眠這個辦法(這已經不算是超技術了),一艘小飛船載上兩三個人,在冬眠中用五個世紀到達那里,看一看后再用同樣的時間在冬眠中返回,倒是可以帶足水和干糧(如果對保鮮要求不高的話)。但這樣的航行只限于探索,而人類宇宙航行的最終目的與大航海時代一樣,是要在那些遙遠的地方開辟新世界。在那遙遠的星系,可沒有用幾個玻璃珠就能哄騙著為我們干活兒的土著,要在那里建立一個新世界,無疑是要去很多人的。即使采用冬眠方式,在到達目的地后這些人也要醒來去開拓新疆域,在把那里的行星變得人類可以生存之前,他們還是要依靠飛船上的系統生活,而這個階段可能長達幾個世紀。一篇獲本屆星云獎提名的小說《航程中》(《Thebetweendays》)就描述了這樣的困境:一艘載有上百名乘員的宇宙飛船,飛向距太陽四十多光年的一顆恒星,計劃在那里的行星上開辟一個人類新世界。全部航程需兩個世紀,這期間飛船上的所有人員都處于冬眠狀態。由于一次意外事件,一名乘員在飛船啟航不久就蘇醒了,而且無法再次進入冬眠,只能在飛船上孤獨地渡過自己的下半生。他又活了六十多年,吃掉了飛船上給養相當大的一部分,這些食物貯藏是為這些星際移民到達目的地后準備的,為此,這名孤獨的人在死前留下了一封道謙信。其實,這是沒有這位蘇醒者,飛船上的給養又夠這上百人維持多長時間?他們真的能在這么短的時間里把那個陌生的行星變得適合人類生存?這些作者并沒有交待。所以,過去海上航船那種自帶糧草的方式,可能只適合于太陽系內的航行,在恒星際航行中,飛船必須是一個自給自足的生態循環系統。

建造這樣一個封閉的生態系統需要極其復雜精致的技藝,魯賓遜的《冰柱之迷》的開始對此有生動的描寫:

……它是最精彩的智力游戲之一,在很多方面很像象棋……我考慮得越多,越來越多的小問題就越想越嚴重,所有這些問題糾纏在一起,交織成一張巨大的、相互聯系的因果網……而這一次,人們玩游戲是為了生存。

事實上,人類已經進行過這樣的嘗試,這就是一九九一年的生物圈二號工程。但那個人工生態系統不到一年時間就玩不轉了,里面的科學家不得不走出來,由于過多地呼吸二氧化碳,他們一個個頭暈腦漲,病秧秧的像坐了一年地牢。更有甚者,后來還發現這項實驗有作弊行為。

生物圈二號的失敗有多種原因,其中很重要的一點就是:它不夠大。“……只有象地球這樣規模的生態系統,這樣氣勢磅簿的生態循環,才能使生命萬代不息。”(選自拙作《流浪地球》),這也就決定了未來的恒星際航行很可能是超大規模的。

提到超大規模宇宙航行,我們首先想到用整個行星做為宇宙飛船。這個想法固然宏偉,但也是最笨拙的一個。因為按照這個方案,絕大部分的推進能量都消耗在加速巨量的幾乎是毫無用處的質量----行星內部的質量上,這些質量的唯一意義就是產生引力,而在薄殼容器狀的飛船中,引力可以用旋轉離心力來代替,即便捷又便宜,即使沒有引力,飛船中的空氣也不會喪失。

第二個方案自然是建造超巨型宇宙飛船。我們可能會想像如上海或紐約那樣大的飛船,但考慮到飛船生態系統所需維持的漫長時間,肯定需要大量的植被和水體,這就意味著飛船可能必須造得更大,像克拉克筆下的拉瑪一樣成為一個小世界。建造這樣的飛船恐怕又需要超技術了。我們知道,對于薄殼結構,體積越大就越脆弱。一個核桃是很結實的,但如果把它的直徑放大十萬倍,即使把殼的厚度也按比例放大,它怕是也難以在地球重力下保持完整。不錯,科學家和工程師們早就在認真地設計同樣龐大的太空城了,但飛船與太空城有一點很重要的不同:前者需要加速,這與那個大核桃需要承受重力是一回事。不管推進力的分布如何均勻,超巨型飛船總會有相當多的部分產生極其巨大的應力,在可能想像的技術范圍里,這應力是任何材料都難以承受的。這個方案還犯了一個從事理智的風險事業時最大的忌諱:把所有的雞蛋都放進了一個籃子,一旦遇到什么不可避免的災難(這在太空中是很正常的),就全完了。

前一陣美國宇航員杰瑞.M.利寧杰出了一本書,描寫作者在和平號空間站上的經歷,這本書是傲慢與偏見的范本,通篇充滿了對俄羅斯宇航事業惡毒的抵毀和丑化,其中有這樣一段記述:當亞特蘭蒂斯號航天與和平號對接后,航天飛機上優良的空氣循環系統改善了和平號上惡劣的空氣環境。這本來不能成為利寧杰貶低和平號的證據,因為和平號畢竟已經在太空獨立運行了很長時間,航天飛機則剛升空幾個小時。但由此受到啟發,想到了超大規模宇宙航行的第三個方案:銀河列車方案。設想一只龐大的船隊,由數量巨大的常規尺寸的飛船組成,每艘飛船都有自己獨立的生態循環系統和推進系統,可以獨自進行航行。當然,這些飛船上的小生態系統受其規模限制,不可能長期運行。但在航行中,所有的飛船將組合為一個整體,飛船上的生態系統相互貫通,形成一個巨大的可以長期運行的總生態系統,同時,每一艘飛船都可以快速脫離組合體而成為獨立的飛船,并可與其它飛船隨意組合成新的大小不同的組合體。這樣一旦遇到災難,也只能傷及組合體的一小部分。特別值得一提的是,這種結構在星際戰爭中極為有利。這很像想像中的銀河列車,區別在于每節車箱都可做車頭,并且它也不是長條狀,更有可能是球狀或環狀的。對于超遠程超長時間的世代航行,我們可以設想出一個“全息原則”,使得每艘個體飛船都能夠在相當長的時間內承載所有的乘員,這就使安全系數達到最大。這樣的組合體有可能達到一個行星的體積,但由于其蜂巢狀的結構,質量要小得多。這種組合體的內部沒有超巨型飛船那樣廣闊的空間,而是像一個龐大的迷宮。這些小生態系統如何相連,這無數個體飛船上的推進系統如何聯合發揮作用,都是很復雜也很有魅力的技術課題,但從現有的技術方向看出去,這是最有可能實現的超大規模宇宙航行方案。

以上的宇宙航行之所以被稱為超大規模,還有一個時間上的含義。這些巨大的飛船,可能要用上萬年時間到達第一個恒星,而找到適合開發的帶有行星的恒星,可能要幾十萬甚至上百萬年,這可能完全改變宇宙航行的概念。對于地球來說,一次宇宙航行已經不是一個有始有終的過程,而成為漫長歷史中始終存在的一個背景,那艘在太空深處跋涉的飛船,已經和它出發的世界本身一樣成為永久的存在,成為人類在宇宙中的一個永遠離去著的寄托。從飛船上說,經過漫長的歲月,宇航者們在與地球完全不同的環境中,可能沿著一條完全不同的方向進化。與一些科幻小說中的描寫不同,地球不可能被完全遺忘,但在幾百代人后,永恒的漂泊可能被認為是文明的一種最正常的狀態,即使到達了一個能夠生存的星系,他們也不會停下來,遠航將成為星艦文明的終極目標。每當到達一個世界,他們就會利用那里的資源對船隊進行修補和擴建,最后,這只船隊可能達到令人難以想像的規模。

說到這里,我們有了超大規模宇宙航行的第四個方案:雪球方案。以上的三種方案都要消耗出發的世界中的巨量資源,對于那些一去不回的孩子,地球是否愿意付出那么多還是個疑問。但我們可以先建造一艘中等規模的飛船,使其中的生態系統可以維持到到達第一個較近的恒星,然后用那個星系的資源對船隊進行補充和擴建,這個宇宙雪球就這樣一站一站地滾下去,最終形成一個巨大的航行世界……。打住吧,這又太科幻了些,今天我們只談最有可能實現的科幻。

最絢麗的夢是那些有可能成為現實的夢,科幻之夢就是這樣,盡管它的想像只有萬分之一的可能變為現實,但比起魔幻的萬分之零來還是無窮大。據現代物理學和生物學的推測,我們人類在宇宙中出現的幾率可只有幾億分之一,但我們還是出現了,并且把許多看似飄渺的夢幻變成了現實。

并且,我們上面的夢想,實現的可能性遠大于萬分之一,它們所需技術的理論基礎已經具備,剩下的只是力氣活兒而已。

“如果說那個原始人對宇宙的幾分鐘凝視是看到了一顆寶石,其后你們所謂的整個人類文明,不過是彎腰去拾它罷了。”(選自《朝聞道》)