從《太空旅客》看未來星際旅行

好萊塢電影《太空旅客》講述了一個讓我們腦洞大開的科幻故事。在未來的某一天，一艘超級先進的高科技宇宙飛船搭載著5000人以一半光速的速度，開啟了一場長達120 年的跨世紀旅行。然而，由于意外受到天體的撞擊，使得男主角提前從“休眠艙”里醒了過來。但此時，飛船距離目的地還需要飛行90年……

飛船休眠艙

影片中最重要的道具顯然非“休眠艙”莫屬了，因為所有的情節都是從它出現故障之后展開的。那么，在現實世界中我們人類是否已經擁有了建造“休眠艙”的技術呢？

“休眠艙”這個設備在很多科幻電影中都出現過，大致原理是宇航員進入太空之后，飛船由計算機自主駕駛，然后他們便進入到“休眠艙”中，通過緩慢降低身體的溫度實現低溫休眠。簡而言之，就是把宇航員們凍起來。通過“休眠艙”精確控制溫度，讓他們的新陳代謝接近于零，同時通過靜脈滴注營養液等手段來供給其身體所必需的養分。

由于“休眠艙”是提前設定好的，一旦即將到達目的地就會自動升溫，從而把宇航員們喚醒。“休眠艙”最大的好處是人一旦進入其中，就可以在休眠過程中逃離時間而不會變老。也就是說，你進去時是多大的生理年齡，被喚醒之后身體機能仍然保持在那個年齡。

然而，在現實世界中并沒有“休眠艙”這種高科技設備，我們也還遠遠不能實現對人體的休眠以及喚醒。

雖然現在我們的低溫保存細胞技術已經取得了比較大的進步。但是，眾所周知我們的身體大約75%都是水分。隨著溫度降低至冰點，細胞內的水在結冰的過程中無疑會損傷細胞核以及細胞的其他機能。所以，目前冷凍以及喚醒人體的技術還面臨許許多多的瓶頸障礙。

另外，所謂的“休眠艙”技術在倫理上也存在很大的問題。一旦技術成熟，一名宇航員能在太空旅行中凍上幾十年甚至上百年，當他回到地球時其容顏外貌、生理機能等“仍是少年”，讓他已經老去的兄弟姐妹或者是兒子女兒又該如何面對呢？

星際通訊技術

當男主角吉姆發現整個飛船僅自己一個人醒來之后，考慮到還要飛行90年才能到達目的地，彼時他可能已經死掉了。于是，他迫不及待地開始聯系飛船擁有者“家園集團”的客服。

然而，當吉姆把信息錄制好發出去之后，計算機告訴他：“信息將在19 年后抵達地球，最快55 年后收到回復。”那么，為什么吉姆跟地球聯系需要這么長的時間呢？

我們就按照影片中的設定，吉姆乘坐的宇宙飛船的速度是光速的一半，他意外醒來時飛船走了30年，也就是大約走了15 光年。那么，吉姆此時發送的信息如果也能達到光速，那么一來一回就需要30年時間。這30年里，飛船仍然在向前飛行，大約還會前進15 光年，光速的信息追上這段距離又需要15年。而這15 年里飛船又向前飛行了7.5 光年……也就是說，收到地球反饋給吉姆的信息至少需要30年+15 年+7.5 年=52.5 年。因此，計算機告訴吉姆最快需要55 年才能收到回復，基本上符合影片中的邏輯。

那么，在現實中我們的宇宙飛船是如何與地球保持聯系的呢？

我國大名鼎鼎的“嫦娥四號”由于是在月球背面，所以是通過“鵲橋”中繼衛星利用無線電波與地球進行通訊的。無線電波在空氣中的傳播速度略小于光速，通常我們認為就等于光速。“嫦娥四號”先把信號傳到“鵲橋”，然后再由它傳到位于佳木斯的測控站，最后再傳給北京的指揮中心。由于路途遙遠，“嫦娥四號”與北京的通訊延遲最少為12.7秒，來回就是25.4秒左右。

無線電波在長距離傳播時趨向于變弱，并且容量有限。而激光是紅外線光束，它在太空中傳播的距離比無線電波大得多。因此，世界上一些航天大國已經在開展激光通訊的研究和應用。比如美國航空航天局計劃在2022 年進行測試的基于激光波束通訊的“靈魂”計劃等。

全息投影技術

影片中，男主角吉姆在嘗試喚醒飛船上的工作人員失敗之后，又嘗試重新進入“休眠艙”休眠，但也沒有成功。于是，他只能獨自一個人在飛船上生活。不過，在飛船上的生活也不是特別乏味，不但能吃到各種各樣的料理、看電影、打籃球、游泳，甚至還能與全息影像的街舞對手一決高下。

后來，當他把女主角奧羅拉喚醒之后，奧羅拉也是跟著全息投影街舞高手學了跳舞之后才漸漸變得樂觀起來。那么，什么是全息投影技術？我們現在又是否實現了這種神奇的技術呢？

“全息”來自希臘文字“holo”，含義是“完全的信息”。全息投影技術屬于3D 技術的一種，是指利用干涉原理記錄并再現物體真實的三維圖像的技術。簡單地說，就是通過某種方式把一個物體的外觀、顏色以及運動軌跡、空間位置等諸多信息都記錄下來，那么畫面就將呈現出3D 效果，我們就可以得到這個物體的全部信息，而這種方式也就是所謂的全息投影技術。

1947年，英國匈牙利裔物理學家丹尼斯·蓋伯發明了全息投影技術，他也因此獲得了1971年的諾貝爾物理學獎。如今我們常見的全息投影主要依靠煙霧投影、水幕投影、全息膜投影以及空氣投影和交互技術等幾種方式來實現。

空氣投影和交互技術利用的是海市蜃樓原理，是將光線投射在氣流形成的墻上形成層次和立體感很強的圖像。全息膜投影技術需要在環境比較黑暗的地方才能實現，并且觀眾還需要在特定的角度，也就是全息膜的前方才能看到立體畫面。而煙霧投影、水幕投影在成像效果上還并不理想。不過，這些技術無一例外都要利用到投影介質，或是氣體墻，或是煙幕、水幕，甚至是膜。

實事求是地說，目前我們所能夠見到的全息投影技術不但不屬于真正的全息投影技術，并且與電影中展示的技術存在著很大的差距。因為在影片中，全息投影技術不需要任何介質就能在空氣中展示出立體的影像。那么，我們能否實現真正的全息投影技術呢？

理論上來說是可以通過空氣中的電離作用制造光的折射，從而實現全息投影，也可以通過激光爆炸效應來制造真實立體的全息影像的。但這兩種方式不僅成本過于昂貴，而且在成像效果上也非常不理想。因此，就目前而言，真正的全息投影技術離我們的生活還有很長的一段距離。