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今天，我們來聊一個科學家的預言——人類殖民太空的四種結局。 這個預言分為三部分： 1，人類如何殖民太空，我們的飛船夠快嗎？ 2，人類的目的地在哪兒，我們已經發現適宜居住的星球了嗎？ 3，殖民太空以後，我們又如何預知結局呢？ 其實，這三件事兒，已經分別被物理學家、天文學家和人類學家們各自研究了上百年。 而今天，我們就把它們綜合起來，一起來聊聊這個故事。
曲速引擎（Warp drive），這是能把人類送往宇宙空間的神器。 《星際迷航》里的企業號，在最大曲速下，可以瞬間達到光速的9000倍。 《星球大戰》中的千年隼號，更是可以瞬間達到光速的900萬倍。 而相比之下，人類目前最快的飛行器——帕克號太陽探測器，需要借助金星的引力彈弓，耗時7年，彈射整整24次，才能勉強達到光速的0.0006倍…… 如果，按這個速度，哪怕我們前往比鄰星——4.2光年外，離我們最近的一顆恆星，這也需要花費至少7000年才能到達。 而如果乘坐企業號呢？4小時到達。 千年隼號，只需要，14.5秒。 但是，曲速引擎，時空蟲洞，這不是很純很純的科幻嗎？ 還有，宇宙間任何速度，都不可能超過光速。這是愛因斯坦早就證明過的事情啊。 光速就是鎖死人類的一把鎖，人類的飛行器永遠也不可能超光速。 但事情，真的是這樣嗎？ 其實，物理學家們早就已經發現了這把光速之鎖的破綻……
1994年，一個墨西哥人說，自己破解了超光速的奧秘。 當時，他正在英國的一所大學讀博士，名不見經傳，口氣還不小。 最開始沒人搭理他。 但三個月後，他的論文卻橫空出世，寥寥五頁演算，這個墨西哥人竟然真的用公式證明瞭超光速的存在。 他叫做阿庫別瑞（Miguel Alcubierre）當時年僅30歲，學界從此把他設計的這種超光速引擎叫做阿庫別瑞引擎（Alcubierre drive）。 原理非常簡單，大家一定都見過衝浪吧？ 衝浪的時候，你站在衝浪板上，你其實沒有動，是你腳下的海浪推著你往前。 因此，阿庫別瑞設想，愛因斯坦不是說，我們的時空，就像被彎曲的海浪，一個大質量的物體，就會讓時空就會彎曲，而且，這種彎曲所產生的力，就是重力。 那我們是否可以利用這種彎曲，製造一個時空衝浪板？ 這樣，飛船相對衝浪板靜止不動，而衝浪板自身卻在曲速推動下，帶著飛船，duang的一下，一瞬間被推到了很遠很遠的地方。 飛船沒動，動的是時空，就像衝浪，人沒動、板沒動，動得是大海自己。 這並不違反相對論，阿庫別瑞在論文中用計算證明，這種時空衝浪板是成立的，愛因斯坦的廣義相對論雖然規定了，時空中，一切速度都不能超過光速，但唯獨時空自身不受限制。 同時，科學家們也確實發現過很多時空超光速的現象： 比如，觀測結果顯示，宇宙正在加速膨脹，這種膨脹的速度要遠遠大於光速； 再比如，計算黑洞的事件視界（event horizon），那裡時空扭曲的速度，也遠遠大於光速。 所以，時空就像波浪，這層波浪的硬度還可以被計算出來，等於光速的四次方除以重力的8π倍。 $c^4/8πG$ 也就是說，彎曲時空，製造波浪，只需要有足夠的重力就行。 只不過，難就難在這個光速的四次方，數值實在太大了，想要彎曲時空，我們就必須施加一個非常非常大的重力G。 雖然困難，但這並非無法實現。 只需要按照愛因斯坦的質能方程E=mc²，用能量產生質量，再用質量就可以產生重力，理論上，時空衝浪板，完全可以達到光速的9000倍。 但等等，又有物理學家指出來，前面的時空壓縮好解決。 但你後面還有一個時空膨脹啊，這就不是我們現在的技術可以解決的問題了。 要讓時空膨脹，我們就需要用到負重力，負質量，雖然理論上講，它們存在，但負重力也就是現實中的反重力，這在實驗室中還從來沒有出現過，目前也還沒有任何已知的能量分布可以產生負質量。 所以，論文寫到這裡，就連阿庫別瑞自己說，負重力，看起來有點荒謬（nonsensical）。 然而，美國宇航局——NANS，卻覺得這並不荒謬。
2011年，NASA內部，一個十分低調的部門——鷹組（Eagleworks）突然發表了一篇論文。 名叫《曲速力場學101》（Warp Field Mechanics 101）。 論文由大名鼎鼎的NASA鬼才——哈羅德·懷特署名，他開門見山的說。 自己設計了一種力場結構，可以讓阿庫別瑞的設想大大降低門檻，只需要大約700公斤的負能量，就能讓一艘直徑10米的飛船，實現10倍光速的構想。 在懷特的設計中，飛船的外觀被改為兩個圓環，阿庫別瑞的時空衝浪板也被簡化成了一個包裹飛船的時空泡泡，時空就在這兩個圓環之間產生氣泡，然後飛速移動。 如果從船內部來看，超時空飛行時，你身邊就像是一個被拉伸的隧道，時空飛速掠過，然後buang的一下，你就在幾光年以外的另一個時空出現。 這並不違反相對論，你也不會因為時間膨脹而變年輕，這個超光速以後變年輕的問題也很麻煩。 就像《星際穿越》里演的一樣，男主因為時空膨脹，回來後，變得比自己女兒還年輕。 但這在曲速飛行中卻並不成立，因為，你和飛船都沒有動，是時空自己在動。 2013年，懷特甚至在鷹組實驗室，對這個理論進行了桌面實驗，實驗數據顯示，如果可以建材這樣的時空環，那麼它理論上可以達到光速的10%，雖然還無法超光速，但10%已經是天文數字了，雖然，前往比鄰星還只需要42年，但往返火星，將只需要7小時，而不是現在的2-3年。 所以，這是這個消息非常振奮人。 要知道，我們從愛因斯坦的質能方程E=mc²，到用方程製造出原子彈，一共花了40年的時間。 而曲速引擎，從1994年被發現符合廣義相對論，到現在也才30年而已，沒准兒再過30年，我們就可以製造出10%光速的飛船。 與此同時，我們也已經越來越瞭解一種叫做暗物質（Dark Matter）的東西，這竟然是佔宇宙中總質能68%的神秘存在。 雖然它現在還很神秘，但我們已經確定，它可以用來拉伸時空，這不正是，時空衝浪板身後的那個動力嗎？ 看來，一切都正在離我們越來越近。 所以，物理學家們做出了第一部分的預言——不久的將來，曲速引擎就將把我們帶往太空中任意一顆星球。 然而，當我們終于飛向星辰大海的時候，天文學家們又講了這樣一個有點驚悚的故事……
40億年前，有一艘外星飛船來到了太陽系，它們想探測這裡是否存在生命。 它們鎖定了太陽的適居帶——軌道外圍第二、第三顆行星的位置上，這裡恰好有一對大小相同的孿生行星。 先探測第三顆，發現它被一層厚厚的熔岩包裹，這裡還沒有成熟生命的跡象。 而探測第二顆，外星飛船卻看到了天堂一般的景象，藍色的海洋、強烈的磁場、溫和的大氣層，還有平靜的陸地，很可能這上面就存在著生命啊，同時，也毫無疑問，它是一顆適居星球——名叫金星。 沒錯，這就是天文學家們講得鬼故事。 40億年前，金星是今天地球的樣子，而當時的地球，卻還是一顆沒有冷卻的火球。 有一種猜測是，地球的生命種子，很可能就來源於自己的孿生兄弟——金星。 金星在隨後的33億年里，很可能也已經發展出高等文明，但就在7億年前，某個神秘事件突然降臨，金星竟然意外的離開了太陽的適居帶，而與此同時，地球佔據了進來，在5.4億年前，地球迎來了寒武紀生命大爆發，從此開啓了一條飛速進化的生命之路，而這一切，到今天，不過5.4億年而已。 但金星呢？ 從40年前的適居星球到7億年前突然離開適居帶，它適合生命發展的時間有整整33億年啊，夠我們的5.4億年重來五輪…… 所以，天文學家為什麼講這個故事？ 因為，稍縱即逝的適居帶，地球每年都會遠離太陽0.9米，這讓我們在適居帶的時間，已經耗費了70%，剩下的30%，雖然還有好幾億年的時間，但萬一有一天，地球也迎來金星的命運，我們突然被告知，地球在適居帶停留的時間，只剩下200年。 那時候，我們該怎麼辦？ 似乎，告別地球，移民星際，這就成了人類唯一的選擇。 但我們發現其他的適宜居住的星球了嗎？
1610年，伽利略研發了人類歷史上首台天文望遠鏡。 他看到了一個長著兩只手臂的木星，畫面非常模糊，為什麼它會長出兩只手？ 1668年，一個25歲的天才少年，又研發出人類歷史上首台反射式天文望遠鏡，一下子就消除了光圈，看清了木星——原來不是兩只手，而是一層薄薄的光環。這個天才少年叫做牛頓，當時還是一個愛搞校園貸的大學生，這個故事我們先前聊過。 然而，牛頓之後，我們的望遠鏡技術停滯200多年，直到1905年，又有一個25歲的天才少年預言，引力，引力也可以彎曲光線，那我們何不把星空中的巨大天體當做我們的引力透鏡呢？ 有了這個透鏡以後，我們再把一顆衛星發射到地球軌道上，把它當成望遠鏡的目鏡，這樣，衛星是目鏡，引力是物鏡，一架能幫人類洞悉整個宇宙的天體望遠鏡不就出現了嗎？ 這種想象只能用瘋狂二字來形容。 而這個25歲的天才少年呢？當時博士肄（yì）業，名叫愛因斯坦。 果然，愛因斯坦的預言沒錯，又過了104年以後，人類發射了開普勒太空望遠鏡，我們終於用引力透鏡看到了遙遠的星球。 然而，我們的技術還達不到愛因斯坦的預言，遙遠的星球在引力透鏡里，還是像當年伽利略看到的木星一樣，長著手臂，根本看不清它上面是否有山川河流…… 但是，一切突破都來得非常突然，還記得去年非常火爆的那個話題嗎？ ——詹姆斯·韋伯空間望遠鏡，為什麼當時各大媒體都將它吹成了神？ 其實，它就是愛因斯坦當年的預言啊，它就可以利用引力透鏡，幫我們看清遙遠的星星。 當然，這也並非引力透鏡一項技術的功勞，比如，這顆星星上是否有氧氣，這還需要用到光譜分析法，這又是另一位天才——史上最強NASA臨時工，提出地球生命體，蓋亞假說，去年才剛剛以103歲老齡離世的科學鬼才——拉夫洛克（James Lovelock），他的故事我們原來聊過一點點，有機會再細說。 總之，有了空間望遠鏡、光譜分析法，在輔助上射電望遠鏡的計算糾偏，最近10年以來，我們其實已經找到了很多適居星球。