如何挑選宇宙飛船的引擎？

劉紓驊

人類在以弱勢群體的姿態(tài)出現在這顆古老的藍色星球之后，花了幾十萬年的時間，與兇猛的掠食者們搏斗，自強不息地學習，終于穩(wěn)步站上了食物鏈的頂端—可以在一個安全的環(huán)境里聚集繁衍，不用擔心明天會挨餓。

在黑夜燃起一堆篝火、載歌載舞的年代，總有些不那么擅長歌舞的人抱著雙膝坐在暗處，盯著天上散發(fā)著柔和光芒的月亮，琢磨著“登月”會不會變成眾人矚目的焦點。通過一代代文人的加工潤色，嫦娥奔月、鵲橋相會這種古老、浪漫的宇宙旅行故事，成為人類夢想的最好佐證。從凝視星空的第一眼起，到飛出大氣層、探索宇宙空間，這段人類歷史放在宇宙的尺度下，其實特別短暫。

從霓裳羽衣到月球漫步，大概只有兩千年。從“大炮飛船”到超光速宇宙飛船，只有100多年。

《星球大戰(zhàn)7》中的“千年隼”

“大炮飛船”

隨著大航海時代的到來，有著旺盛好奇心的探險家?guī)缀醢训乇硖剿鞯盟o幾，但是，人類對未知的渴望依然有增無減。這時，宇宙的神秘面紗開始逐漸被揭開，科學巨人對真理的上下求索，開始令人類邁出“向外看”的第一步。

伽利略在力學方面的大量奠基工作，對月球和火星的觀測，催生了“牛頓三定律”的問世。從那時起，人們仰望星空之時，不再只有浪漫的幻想，而是開始明確地意識到：如果達到某種條件，人類可以借助科學的力量，擺脫地球引力的束縛，穿越浩渺的宇宙空間，接近或踏上目力所及的美麗星星。

科幻小說家們?yōu)榇蟊娒枥L了不少光鮮亮麗、惹人遐想的“藍圖”。在經典力學架構基本完成的18、19世紀，工業(yè)革命已經獲得豐碩成果，以“進化論”為代表的新理論逐漸深入人心，人們對科技的顛覆性懷有巨大的期待：世界會變成什么樣？未來的世界會好嗎？

19世紀末、20世紀初，以凡爾納和威爾斯為代表的科學幻想小說先驅，以敏銳的嗅覺、恢弘的筆觸，給當時的讀者前所未有的震撼。

威爾斯把對宇宙的憧憬主要放在了火星上。他喜歡描寫火星人入侵的景象。1938年，哥倫比亞廣播公司的空中水銀劇場播出了威爾斯的《火星人入侵地球》，引發(fā)了聽眾的大恐慌—人們還以為火星人真的來了。

凡爾納的杰作《從地球到月球》一書中，炮彈宇宙飛船的出現，成為后來所有科幻作品中星際宇宙飛船的鼻祖。“大炮飛船”顧名思義，只是一顆大炮彈，并沒有高科技引擎，是發(fā)射之后就只能靠著慣性行動的“一錘子買賣”。它的里面有簡易的減震裝置—水和彈簧，用氯酸鉀和苛性鉀制造氧氣，還有簡易家具、食物，以及三個人和一條狗。雖然該小說有一些硬傷，比如大炮炮管長度不夠，如果長度夠了減壓又不夠，但是想法已經難能可貴。當時的人類還完全不知道大氣層外是極其寒冷的真空環(huán)境，月球上也沒有空氣，所以該小說和它的續(xù)集《環(huán)繞月球》里，都不乏異想天開的情節(jié)。

超越光速是星系間航行、貿易和戰(zhàn)爭的基礎。

不過，“大炮飛船”作為第一艘想象中的宇宙飛船，扎扎實實地超越了當時已被科學家推導出來的第二宇宙速度。凡爾納本人也沒有料到，這一發(fā)“哥倫比亞炮彈”為整個科幻小說史乃至現實的科學界，都帶來了極為深遠的影響。甚至“阿波羅”登月計劃跟小說里的一些細節(jié)也高度相似—發(fā)射的地點都是佛羅里達州卡納維拉爾角，宇航員都是三人，且“阿波羅11號”返回地球墜入大海的地點，和小說也只差幾十公里—一方面是小說的科學性夠“硬”，一方面也是由于它的文化影響力巨大。這是虛構情節(jié)影響歷史進程的經典范例之一。

超越光速

當人們還沒有從哥倫比亞大炮的巨響中清醒過來，時間早已快步走入了20世紀。1905年，一個20多歲的猶太青年發(fā)表了一篇叫作《論動體的電動力學》的論文，他揮舞著鋒利無比的相對論，為物理學界劈開了一方新天。

同時，嗅覺敏銳的科幻小說家們也進入了寫作的春天，而蕭條和戰(zhàn)爭暫時中斷了這個短暫的春天。第二次世界大戰(zhàn)中核武器展現出的巨大威力，在所有地球人的頭上都吊起了一把達摩克利斯劍。于是，核技術的高度運用，也成為相當一部分科幻作品的創(chuàng)作源泉。

20世紀中葉，隨著戰(zhàn)后一些新的物理假說的提出，以及以“科幻三巨頭”—海因萊因、阿西莫夫、阿瑟·克拉克為代表的科幻作家的崛起，科學幻想小說正式進入了黃金時代。帶著花樣繁多的設計風格、動力供給方式，宇宙飛船遨游在想象中的宇宙里，但質能方程的提出，也讓所有有志于描寫宇宙航行的科幻作家，在展開宏大的太空歌劇情節(jié)之時，面前有了一堵默默佇立的高墻—光速。

光速在現階段是無法超越的。而且，即使飛船能夠達到理論最高速度的光速，人類的短暫壽命也遠遠無法承載那漫長的航行。可以說，以宇宙為背景的科幻小說，最基本的構想首先是要想出高航行動力甚至超光速的方法—超越光速是星系間航行、貿易和戰(zhàn)爭的基礎。

《星球大戰(zhàn)3》中，帝國殲星艦駛向死星

科幻作品中最著名的宇宙飛船，要算《星際迷航》里的“企業(yè)號”了

超空間引擎在速度上要超過曲率引擎不少，不過風險和限制也比較大。

多樣引擎

科幻作品中最著名的宇宙飛船，要算《星際迷航》里的“企業(yè)號”（進取號）了。“企業(yè)號”承載著濃濃的人文情懷，帶著不同文化背景、不同星球、不同人（物）種的宇航員們，在宇宙的各個角落主持正義、排難解紛。正像《星際迷航》里描述的一樣：“宇宙，人類最后的邊疆。這是星艦‘企業(yè)號的航程。它繼續(xù)的任務，是去探索未知的新世界，找尋新的生命和新的文明，勇敢地航向前人所未至的領域。”

在《星際迷航》里，叫“企業(yè)號的飛船有很多艘，這些艦船最大的共同點就是都使用了曲率引擎。曲率引擎的原理是，引擎以波動方式展延空間，導致飛船前方的空間收縮而后方的空間擴張，前后所連成的軸向即為船想要航行的方向。

飛船在一個區(qū)間內乘著波動前進，這區(qū)間稱為“曲速泡”，是一段平坦時空。簡單說來，就是以收縮和擴張星艦前后空間的方式讓星艦的航程縮短，用這種方式在不違反相對論的情況下超越光速。

這一理論在1994年阿庫別瑞博士的論文中得到了詳細闡述，所以曲率引擎也被叫作阿庫別瑞引擎。曲率引擎是科幻小說中重要的一個引擎派系，而令廣大科幻迷們津津樂道的是，中國科幻作家劉慈欣在《三體》中也引入了曲率引擎概念，并把它加以發(fā)揮，作為文明達到一個先進程度的里程碑。

日本作家田中芳樹的名作《銀河英雄傳說》中，飛船上的瓦普（Warp）跳躍引擎雖然跟曲率引擎用詞相同，但其實說的是另一種超光速的方法。它本質上是空間的折疊，如同把一張白紙彎曲，讓兩個點重合達成最短接觸的方式—在現實世界的三維空間里重復類似的過程，就能讓宇宙旅行實現一點到另一點的跳躍，從而縮短距離，超越光速。日本人氣漫畫《哆啦A夢》中，星際飛船也采用了這種類似宇宙蛙跳的驅動方式。

在影響力上堪與《星際迷航》系列并駕齊驅的就是《星球大戰(zhàn)》系列電影了。“星戰(zhàn)”系列中最引人矚目的飛船，莫過于無比壯觀的殲星艦。乘坐殲星艦行走江湖十分“拉風”，就好像“二戰(zhàn)”前風光無限的戰(zhàn)列艦。每每殲星艦“露面”，電影現場的星戰(zhàn)迷就會發(fā)出熱烈的歡呼。

殲星艦這種大型飛船，使用的是超空間引擎。超空間引擎的基本原理是：動力發(fā)生器會通過長達幾千米的超導線圈，來增強并改變熔解反應堆中的能量。接著，超空間引擎的水平升壓器會為電離室供能，開始點燃并釋放射線。這個過程會產生時空矩陣中的“漣漪”，使飛船隨著時空漣漪進入超空間航行。

簡單來說，就是通過制造時空漣漪，讓飛船進入比目前維度更高維的空間，從高維空間抄捷徑到達目的地。如果相比的話，超空間引擎在速度上要超過曲率引擎不少，不過風險和限制也比較大。它要求必須具備目的地的準確坐標。

在一些無需宏大場面的科幻作品中，亞光速引擎挑起了大梁。因為長途飛行耗時極長，飛船本身不能攜帶自重占比太大的燃料，所以很多科學家和科幻小說家在引擎的持續(xù)推進性上，進行了大膽的假設。比如美國科學家巴薩德在1960年提出星際沖壓發(fā)動機的構想。星際沖壓發(fā)動機其實也是一種聚變發(fā)動機，通過巨大的磁場漏斗，捕捉散布在宇宙空間中的氘，把它作為燃料。這樣飛船就無需攜帶燃料，又能不斷加速達到無限接近光速。這種發(fā)動機也在《宇宙過河卒》《環(huán)形世界》等作品中得到了經典詮釋。

還有一種宇宙中“常見”的能量源就是光能帆了。光能帆最早的原型是太陽能帆，在阿瑟·克拉克的短篇小說《太陽帆船》中有驚艷的出場。1984年，物理學家沃福德提出了用激光聚焦推動激光帆的理念，這種引擎利用太陽能泵浦激光器，產生穩(wěn)定的能源來推動飛船前行。如果激光的輸出功率足夠大，激光帆驅動的飛船也可以無限接近光速，并極大地節(jié)省燃料。可以說，激光帆技術是目前人類最可行的宇宙航行技術之一。

還有一些科幻作家打開了足夠大的腦洞。比如，根據霍金輻射理論和科學家韋勒的發(fā)現而假設的黑洞引擎。科幻卡通《藍寶石之謎》中，還有以1953年科學家桑格提出的反物質推進星艦為理論基礎的湮滅引擎，它可以分離水中的氫原子核，使它們轉化為反質子，兩種粒子互相湮滅產生巨大能量，再使用能量交換器，直接把湮滅的能量轉化為電能和動能。

這些引擎其實絕大部分還沒有進入具體實驗階段，高企的技術壁壘尚不知需要多久才能被攻克，但人類最大的財富就是如萬花筒一般變化多端、無遠弗屆的想象力。現在可以在電影、卡通里盡情遨游星海，而未來的人類定會在曠闊無垠的宇宙空間中開展人生。別忘了，在宇宙的尺度上看，這點時間非常短暫。