展望未來(lái)宇宙探索
從量天尺看宇宙的大小
談?dòng)钪婧叫?，就得了解宇宙?div style="height:15px;">
什么叫宇宙？按我們老祖宗的解釋就是空間和時(shí)間的總和，這在現(xiàn)代物理學(xué)中就是四維時(shí)空（三維空間加一維時(shí)間）。
時(shí)空是在物質(zhì)的變化和運(yùn)動(dòng)中體現(xiàn)出來(lái)的?，F(xiàn)代宇宙觀認(rèn)為，宇宙是在100－200億年前的一次大爆炸中誕生的，從而也誕生了時(shí)間、空間和物質(zhì)。愛因斯坦廣義相對(duì)論就是研究時(shí)間、空間和物質(zhì)之間相互關(guān)系的學(xué)說(shuō)。他的結(jié)論是，物質(zhì)使時(shí)空彎曲、彎曲時(shí)空告訴物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)。
宇宙無(wú)所不包，內(nèi)涵太豐富了，這里無(wú)法說(shuō)清其萬(wàn)一，僅就與宇宙航行密不可分的宇宙的大小、宇宙的結(jié)構(gòu)和宇宙的形狀稍作說(shuō)明。
不過(guò)，宇宙的大小仍然是一個(gè)難以說(shuō)準(zhǔn)確的、十分茫然的問(wèn)題。為便于理解，我們從科學(xué)家訂定的“量天尺”來(lái)看宇宙的大小。
在地球上，我們用“千米”來(lái)量距離和長(zhǎng)度，北京到上海的航線距離為1178千米，地球的半徑為6378千米。但是，離開地球到太陽(yáng)系空間，“千米”這把尺子用起來(lái)就很不方便，如冥王星到太陽(yáng)的平均距離為5900224000千米，以彗星活動(dòng)范圍計(jì)算太陽(yáng)系的半徑為34410000000000千米，這真是個(gè)天文數(shù)字。于是，科學(xué)家便采用另一把尺子來(lái)量天，叫“天文單位”，就是以地球到太陽(yáng)的平均距離149600000千米為1天文單位。這樣，冥王星到太陽(yáng)的距離為39.44天文單位，以彗星活動(dòng)范圍計(jì)算的太陽(yáng)系半徑為23萬(wàn)天文單位。
但是，沖出太陽(yáng)系到銀河系空間，“天文單位”這把尺子用起來(lái)又不方便了，如離太陽(yáng)最近的恒星比鄰星的距離也有約265600天文單位，而銀河系的直徑達(dá)6324000萬(wàn)天文單位。于是，科學(xué)家又啟用一把新的量天尺，叫“光年”，就是光行進(jìn)1年的距離。我們知道，光行進(jìn)的速度為30萬(wàn)千米/秒，那么，1光年的距離為94608億千米或63240天文單位。這樣，太陽(yáng)與比鄰星的距離為4.2光年，銀河系的直徑約10萬(wàn)光年。
那么，以光年計(jì)算，宇宙的尺度有多大？目前還無(wú)人能說(shuō)準(zhǔn)確。不過(guò)以理論說(shuō)，既然宇宙是在100－200億年前的大爆炸中誕生的，空間從零以光速擴(kuò)展，光是球形傳播的，那么，現(xiàn)在宇宙的半徑尺度應(yīng)是100－200億光年。實(shí)際情況是不是這樣，還不得而知。
泡沫狀結(jié)構(gòu)宇宙
開車要了解路況，在江河湖海上航行要了解航線情況，宇宙航行同樣要了解宇宙中物質(zhì)的分布情況。
在宇宙大爆炸中形成的物質(zhì)，主要是氫和氦，它們開始彌漫在宇宙中。隨著宇宙的膨脹和溫度的逐漸降低，在重力作用下收縮成一大團(tuán)一大團(tuán)氫氦云。重力作用下的繼續(xù)收縮，大云團(tuán)逐漸分裂成較小的云團(tuán)，物質(zhì)密度逐漸增加，云團(tuán)因相互之間的重力作用而旋轉(zhuǎn)。這樣不斷分裂—收縮，在氫氦云團(tuán)的內(nèi)部，因物質(zhì)重力作用的相互擠壓，溫度不斷升高，當(dāng)溫度升高到能使氫發(fā)生聚變反應(yīng)時(shí)，它便成為一顆恒星。有些恒星在旋轉(zhuǎn)中甩出一些物質(zhì)，則逐漸集合成行星和衛(wèi)星。宇宙中的主要可見物質(zhì)，就是這些恒星，以及由它演變而來(lái)的其它天體，如黑洞等。宇宙中物質(zhì)的這種發(fā)展過(guò)程，形成宇宙的泡沫狀大結(jié)構(gòu)。
這里，要從探測(cè)的角度，倒著來(lái)說(shuō)宇宙的泡沫狀大結(jié)構(gòu)。太陽(yáng)是顆單星，但宇宙中的多數(shù)恒星常常是兩顆、三四顆、十幾顆到幾十萬(wàn)顆聚集在一起，分別叫雙星、聚星和星團(tuán)。所以恒星并不是均勻分布在宇宙中的。
單星、雙星、聚星和星團(tuán)也不是均勻分布的，它們分別聚集在一起形成星系，任憑宇宙膨脹也不散開。太陽(yáng)所在星系叫銀河系，共有1000多億顆恒星，其中包括約1000個(gè)星團(tuán)。
在宇宙中，共有1000多億個(gè)像銀河系這樣的星系，此外還有一些獨(dú)立的星團(tuán)和星云。星系和獨(dú)立的星團(tuán)、星云還不是均勻分布的，它們又分別聚集成星系群或星系團(tuán)。銀河系所在的叫本星系群，半徑約300萬(wàn)光年。
星系群和星系團(tuán)仍不是均勻分布的，它們又分別聚集成超星系團(tuán)。本星系群屬本超星系團(tuán)，半徑約3億光年。
探測(cè)表明，超星系團(tuán)還不是最大的群體，在距銀河系約2億光年的地方有一個(gè)巨大的引力源在牽引著本超星系團(tuán)。這個(gè)大牽引者可能是許多超星系團(tuán)組成的超星系團(tuán)集團(tuán)。
有限無(wú)邊的宇宙
在宇宙中航行，應(yīng)該了解宇宙的空間是有限的還是無(wú)限的，能否航行到宇宙的邊緣。實(shí)際上這就是宇宙的形狀問(wèn)題。
既然宇宙是在大爆炸中誕生的，那么，它的體積一定是有限的，因?yàn)楣馑匐m然很快，但它仍然是有限的，光從大爆炸開始那一刻開始向四周傳播，迄今只能達(dá)到一個(gè)有限的距離。
既然光是向四周球形傳播的，那么，宇宙很可能是球形的。
如果宇宙是球形的，那么，它就是有限無(wú)邊的?！坝邢逕o(wú)邊”，這是許多科學(xué)家認(rèn)為的宇宙的可能形狀。
我們可用地球表面來(lái)理解“有限無(wú)邊”的含義。地球的表面積當(dāng)然是有限的，這通過(guò)地球半徑的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，很容易就可計(jì)算出來(lái)。但是，地球表面又是沒有邊緣的，我們從地球表面上的任何一點(diǎn)向任何方向前進(jìn)，在回到出發(fā)點(diǎn)的整個(gè)過(guò)程中，沒有發(fā)現(xiàn)地球有任何邊緣。我國(guó)古人將海南島的天涯海角稱之為大地的邊緣，其實(shí)那只是陸地與海洋的分界線。如果到了那里以后，改乘船只繼續(xù)沿原來(lái)的方向前進(jìn)，仍然可以回到出發(fā)地。
宇宙的“有限無(wú)邊”與此同理，只不過(guò)地球表面是二維平面，宇宙是三維空間而已。在一個(gè)球體的內(nèi)部，不管從哪一點(diǎn)向哪個(gè)方向前進(jìn)，理論上也可以回到原來(lái)的出發(fā)點(diǎn)。
符合“有限無(wú)邊”條件的形狀，并不只有球形一種，輪胎形和克萊因瓶形也符合“有限無(wú)邊”的條件。宇宙到底是什么形狀的，需要科學(xué)家努力從理論上去揭示。
不過(guò)，“不識(shí)廬山真面目，只緣身在此山中”，人類永遠(yuǎn)無(wú)法用直接觀測(cè)的方法將宇宙的形狀“盡收眼底”。人類在沖出地球大氣層進(jìn)行航天活動(dòng)時(shí)，回望地球，可以真真切切地證實(shí)地球是球形的。但對(duì)宇宙卻不能，因?yàn)槲覀兊臅r(shí)空不能延伸到我們的宇宙之外，我們永遠(yuǎn)不能跳到我們的宇宙之外去觀看我們的宇宙是什么樣子的。好在對(duì)宇宙航行來(lái)說(shuō)，我們了解我們的宇宙是“有限無(wú)邊”的就足夠了。
速度戰(zhàn)勝距離
宇宙航行始終如一的一個(gè)依靠就是速度。人類先是用運(yùn)載火箭產(chǎn)生的宇宙速度戰(zhàn)勝地球引力，沖出地球大氣層，進(jìn)入太陽(yáng)系空間活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了宇宙航行第一階段——航天的夢(mèng)想。要沖出太陽(yáng)系，在銀河系乃至河外星系活動(dòng)，將航宇的理想變成現(xiàn)實(shí)，依靠的仍然是速度，就是要以更高的速度去戰(zhàn)勝星球之間的巨大距離。
雖然地球引力和宇宙的廣闊距離都依靠速度去戰(zhàn)勝，但所需要的這兩種速度是不能同日而語(yǔ)的。我們知道，克服地球引力的束縛，使載人飛船繞地球飛行的第一宇宙速度為7.9千米/秒；擺脫地球引力而飛離地球，環(huán)繞太陽(yáng)飛行的第二宇宙速度為11.2千米/秒；理論上擺脫太陽(yáng)引力的束縛，飛出太陽(yáng)系的第三宇宙速度為16.7千米/秒。但是，實(shí)際上以第三宇宙速度是無(wú)法實(shí)現(xiàn)航宇理想的。
我們知道，離太陽(yáng)最近的恒星是半人馬座比鄰星，它們之間的距離為4.2光年，如果以第三宇宙速度航行，約需要8萬(wàn)年。而要飛出銀河系更是不可能，因?yàn)殡x銀河系最近的河外星系是仙女座星系，兩者之間的距離為230萬(wàn)光年，以第三宇宙速度飛行需要430多億年！
怎么辦？惟一的辦法就是極大地提高速度，讓宇宙飛船以接近光速（30萬(wàn)千米/秒）的速度航行。
怎樣提高速度？且不說(shuō)目前還沒有辦法讓宇宙飛船從地面起飛后很快就達(dá)到接近光速的速度，即使可能也不能采用，因?yàn)榫薮蟮募铀龠^(guò)載會(huì)立即使人“命喪飛船”。其實(shí)，宇宙飛船的結(jié)構(gòu)也不能經(jīng)受那種加速過(guò)載。
解決的辦法是讓飛船在航程中逐漸加速。那么，用什么能源和動(dòng)力設(shè)備使宇宙飛船加速呢？熱化學(xué)能火箭顯然不可能，因?yàn)樗男艿汀⒆饔脮r(shí)間短、質(zhì)量大，要裝載能將宇宙飛船加速到近光速的推進(jìn)劑，其數(shù)量之大是飛船所無(wú)法承載的。因此，只能采用效能高、作用時(shí)間長(zhǎng)和質(zhì)量小的能源和動(dòng)力設(shè)備。如核能火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、太陽(yáng)能火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和反物質(zhì)能火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，以及激光帆和微波帆等等。
如果能在幾年、十幾年或幾十年時(shí)間內(nèi)將宇宙飛船加速到接近光速的速度，那么，就只要幾年、十幾年或幾十年的時(shí)間就可飛到比鄰星近旁了。飛到分別距太陽(yáng)8.7、16.63和26.3光年的天狼星、牛郎星和織女星，也只不過(guò)十幾年或幾十年時(shí)間。當(dāng)然，飛到仙女座星系仍需要230多萬(wàn)年。
怎么辦？是否能繼續(xù)提高速度，讓宇宙飛船以超光速航行呢？
無(wú)法以超光速航行
人們希望宇宙飛船能以超光速航行，以便徹底戰(zhàn)勝宇宙的遼闊尺度，實(shí)現(xiàn)航宇的理想。但這個(gè)美好的愿望與現(xiàn)實(shí)存在著巨大的鴻溝。
是什么現(xiàn)實(shí)阻擋了這個(gè)美好愿望的實(shí)現(xiàn)？
這個(gè)現(xiàn)實(shí)就是愛因斯坦狹義相對(duì)論的一個(gè)重要推論：質(zhì)量與能量等價(jià)。一切物質(zhì)都潛藏著質(zhì)量（M）乘以光速（C）平方的能量（E），即著名方程E=MC2。一個(gè)靜止的物體，它的所有能量都包含在它的靜止質(zhì)量中；物體一旦運(yùn)動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生動(dòng)能，這個(gè)動(dòng)能也會(huì)加到質(zhì)量上去，運(yùn)動(dòng)速度越高，動(dòng)能越高，物體質(zhì)量越大。
質(zhì)能等價(jià)是現(xiàn)實(shí)嗎？日本高能物理研究所曾用加速器將電子加速到光速的99.999999987%，結(jié)果，電子的質(zhì)量比靜止時(shí)增加6萬(wàn)倍。歐洲基本粒子研究中心用加速器將電子加速到光速的99.999999996%，電子質(zhì)量增加10萬(wàn)倍，驗(yàn)證了質(zhì)量與能量等價(jià)是一個(gè)現(xiàn)實(shí)。在自然界也有質(zhì)能等價(jià)的事例。如鈾原子核在裂變?yōu)閮蓚€(gè)較輕的原子核時(shí)，它們的質(zhì)量之和比鈾核小，正是損失了的那些質(zhì)量轉(zhuǎn)變成了巨大的能量。再如在太陽(yáng)內(nèi)部的氫聚變反應(yīng)中，每秒鐘有400萬(wàn)噸質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量，以光和熱的形式輻射出來(lái)。還有，宇宙線與高層地球大氣作用產(chǎn)生的一種叫μ介子的粒子，它本來(lái)只能存在50萬(wàn)分之一秒就會(huì)衰變，由于高速運(yùn)動(dòng)，它實(shí)際上可存在萬(wàn)分之一秒，壽命增加50倍。
那么，質(zhì)能等價(jià)是如何不允許宇宙飛船以超光速航行的呢？由于能量與質(zhì)量等價(jià)，物體運(yùn)動(dòng)中所具有的能量，會(huì)加到它的質(zhì)量上去，也就是說(shuō)，運(yùn)動(dòng)會(huì)使質(zhì)量增加。遠(yuǎn)低于光速的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，其質(zhì)量的增加微乎其微，如以10%光速運(yùn)動(dòng)的物體，質(zhì)量只增加0.5%，這沒有實(shí)際意義。但隨著運(yùn)動(dòng)速度接近光速，其意義就顯現(xiàn)出來(lái)了，如達(dá)到90%的光速時(shí)，其質(zhì)量增加1倍多。如要保持原來(lái)的加速度值，則需要更多的能量。隨著速度趨近于光速，質(zhì)量隨速度的增加而直線上升。到無(wú)限接近光速時(shí)，質(zhì)量則趨向無(wú)限大。要加速這質(zhì)量無(wú)限大的物體，則需要無(wú)限多的能量。因此，任何物體（當(dāng)然也包括宇宙飛船）的運(yùn)動(dòng)速度，永遠(yuǎn)不可能達(dá)到光速，更不可能超過(guò)光速。只有質(zhì)量為零的粒子（如光子）才能以光速運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)然，有人認(rèn)為超光速是可能的。只能另作討論了。
天上方數(shù)日，人間幾千年
由于質(zhì)量與能量等價(jià)，使宇宙飛船無(wú)法以超光速航行，這是不是說(shuō)，愛因斯坦的狹義相對(duì)論阻斷了宇宙航行之路？不，正好相反，正是狹義相對(duì)論開通了宇宙航行之路。
且不說(shuō)無(wú)法創(chuàng)造超光速的速度，即使可以，超光速幾倍、十幾倍、上萬(wàn)倍也是于事無(wú)補(bǔ)的。因這樣到最近的仙女座星系，仍需要幾百、幾十萬(wàn)和上百萬(wàn)年，更不必奢望窮極宇宙了。
愛因斯坦狹義相對(duì)論雖然斷言宇宙中物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)以光速為極限，任何物體的運(yùn)動(dòng)速度都不可能達(dá)到光速，但當(dāng)一個(gè)物體高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種速度效應(yīng)，即運(yùn)動(dòng)的尺子會(huì)變長(zhǎng)，時(shí)鐘會(huì)變慢；而對(duì)相對(duì)靜止的物體來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)度則收縮，時(shí)間則膨脹。運(yùn)動(dòng)速度越高，速度效應(yīng)越顯著，當(dāng)無(wú)限接近光速時(shí)，運(yùn)動(dòng)的尺子變得無(wú)限長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘幾乎停擺；相對(duì)靜止的物體則長(zhǎng)度收縮為零，時(shí)間膨脹為無(wú)限大。
速度效應(yīng)是事實(shí)嗎？是的，前面提到的μ介子就是自然界的證據(jù)。天然的μ介子一般在離地面10千米高度上生成，按光速飛行計(jì)算，在它衰變之前只能走過(guò)600米的距離，遠(yuǎn)不能到達(dá)地面。但由于速度效應(yīng)使時(shí)間膨脹（壽命延長(zhǎng)），它實(shí)際上能到達(dá)地面。物理學(xué)家還將μ介子放在粒子加速器中進(jìn)行加速實(shí)驗(yàn)，也使它的壽命延長(zhǎng)了幾十倍。其它粒子的加速實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同樣證明了速度效應(yīng)的存在。
當(dāng)速度遠(yuǎn)低于光速時(shí)，時(shí)間膨脹效應(yīng)幾乎測(cè)量不出來(lái)，如坐在以1000千米/小時(shí)的速度飛行的飛機(jī)上飛行60年，時(shí)間只膨脹了千分之一秒。而當(dāng)達(dá)到90%的光速時(shí)，時(shí)間膨脹了兩倍多；達(dá)到99%的光速時(shí)，則膨脹了7倍多；達(dá)到99.9%的光速時(shí)，膨脹22倍多；達(dá)到99.9999999%的光速時(shí)，膨脹2000多倍。當(dāng)達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后面10個(gè)9的光速時(shí)，時(shí)間膨脹了64000倍，如果宇宙飛船以這種速度航行，則只要36年的時(shí)間就可到達(dá)仙女座星系。
如果進(jìn)一步提高宇宙飛船的速度，讓時(shí)間膨脹182.5萬(wàn)倍，則只要1年多一點(diǎn)時(shí)間就可飛到仙女座星系，要飛到更遠(yuǎn)的星系也就成為可能了。而時(shí)間膨脹182.5萬(wàn)倍是個(gè)什么概念呢？那就是宇宙飛船上的5天，相當(dāng)于地球上的5000年。這正是“天上方數(shù)日，人間幾千年”。
人造重力真神奇
前面曾經(jīng)講到，習(xí)慣于地球重力（引力）的人類，要保障走出地球以后的生命安全，在諸多需要解決的問(wèn)題中，有一個(gè)重力適應(yīng)問(wèn)題。任何宇宙航行都是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)程，其間也有重力適應(yīng)問(wèn)題，理想的情況就是創(chuàng)造與地球引力相當(dāng)?shù)娜嗽熘亓?。為了更好地了解人造重力?wèn)題，這里先對(duì)它的理論根據(jù)——加速度與引力等效稍作介紹。
加速度與引力等效是愛因斯坦廣義相對(duì)論的一個(gè)重要概念。廣義相對(duì)論認(rèn)為，任何加速度都相當(dāng)于引力；引力作用可選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)募铀俣葋?lái)消除。
其實(shí)，加速度與引力等效并不是到廣義相對(duì)論才出現(xiàn)的。大家都非常熟悉伽利略的比薩斜塔實(shí)驗(yàn)，它證明所有物體在地球引力作用下都以相同的加速度落向地面。根據(jù)相對(duì)論的觀點(diǎn)，也可以看作是地面在加速向上運(yùn)動(dòng)，而物體是靜止的。在這里，我們就看到了加速度與地球引力等效，只是在當(dāng)時(shí)沒有人能解釋清楚這是為什么。
在日常生活中，我們也能接觸到加速度消除引力的事例。乘電梯時(shí)，電梯上升，感到身體變重；電梯下降，感到身體變輕。如果電梯的纜繩突然斷開，電梯在地球引力作用下自由下落，即1g加速下落，會(huì)感覺失重飄浮，因地球引力被自由下落的加速度抵消了。還有飛機(jī)作拋物線飛行，在從最高點(diǎn)下落中的失重，也是飛機(jī)自由下落抵消了地球?qū)λ囊?。再如人造地球衛(wèi)星和航天飛船繞地球飛行誘導(dǎo)產(chǎn)生的失重和微重力環(huán)境，也是它們的離心加速度與地球?qū)λ鼈兊囊Υ笮∠嗟?、方向相反而相互抵消形成的。?duì)人造地球衛(wèi)星和航天飛船的運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，由于離心加速度的參與，使它在地球引力作用下的簡(jiǎn)單下落，變成引力作用下沿圓形或橢圓形的軌道運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)加速度與引力等效原理，有人建議將載人火星飛行飛船的密封座艙分成兩部分，在飛船慣性飛行時(shí)讓兩部分對(duì)稱地繞飛船旋轉(zhuǎn)，開始時(shí)旋轉(zhuǎn)速度快一些，讓其產(chǎn)生與地球重力相當(dāng)?shù)娜嗽熘亓?，沿途逐漸降低旋轉(zhuǎn)速度，到接近火星時(shí)，讓人造重力正好與火星重力相當(dāng)，使人的生理逐漸過(guò)渡到與火星重力環(huán)境相適應(yīng)。我們?cè)谥v太空城時(shí)，講到用自旋產(chǎn)生人造重力，其理論根據(jù)正是加速度與引力等效。我們還將講到，宇宙飛船加速度飛行可以創(chuàng)造人造重力。
1g加速宇宙航行
從需要來(lái)說(shuō)，宇宙飛船的加速度越大越好，這樣可以縮短到達(dá)目的地的時(shí)間。但是，人的生理和心理已習(xí)慣于1g（地球重力加速度）重力，過(guò)大的加速度會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的加速過(guò)載（超重），使人無(wú)法忍受，即使像現(xiàn)在用運(yùn)載火箭發(fā)射載人飛船那樣有4－5g的加速過(guò)載也不行，因?yàn)橛钪婧叫惺情L(zhǎng)期飛行，人總被超重壓得動(dòng)彈不得，那將如何生活和工作？
那么，多大的加速度合適呢？最聰明的也是最科學(xué)的做法就是順其自然。那就是1g加速。
1g加速，既能使人感到與在地球上一樣舒適，也能使宇宙飛船的速度很快地提高。
1g加速到底有多快，捷足者已為我們做了計(jì)算。現(xiàn)摘錄其中的一些數(shù)據(jù)，列成下表，供大家品味其奧妙，思考其真諦。從中可以看出，1g加速1年后，飛船達(dá)到0.77光速的速度，飛過(guò)0.56光年的距離，地球上過(guò)去了1.2年；3年后，達(dá)到0.996光速的速度，飛過(guò)9.77光年的距離，地球上過(guò)去了10.7年；5年后達(dá)到0.999934光年的速度，飛過(guò)83.54光年的距離，地球上過(guò)去了84.5年。表中5年以后的飛船速度由于數(shù)字太長(zhǎng)，沒有列出，這并無(wú)大礙，因?yàn)榇蠹叶贾滥鞘遣粩嘞蚬馑贅O限逼近的數(shù)字。
1g加速宇宙飛船飛行時(shí)間、速度和距離表
飛船上的時(shí)間
飛船的速度（光速）
飛行的距離（光年）
地球上的時(shí)間（年）
1年后
0.77
0.56
1.2
2
0.97
2.91
3.8
3
0.996
9.77
10.7
4
0.9997
29.14
30.1
5
0.999934
83.54
84.5
6
263.31
237.3
7
665.24
666.2
8
1869.57
1870.5
9
5250.96
5251.9
10
14744.98
14746.0
11
41401.51
41402.5
12
116246.37
116247.4
13
326388.87
326390.0
14
916409.12
916410.7
15
2573019.
2573022
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7224338
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沖壓噴氣宇宙飛船
對(duì)未來(lái)的宇宙航行加速動(dòng)力，科學(xué)家們已有過(guò)許多具體設(shè)想。如在20世紀(jì)60年代，美國(guó)科學(xué)家在一個(gè)研究性計(jì)劃中，用連續(xù)爆炸的小型氫彈產(chǎn)生核脈沖，推動(dòng)名為“奧利安”號(hào)的宇宙飛船加速航行，飛向天狼星或別的恒星。
在70年代，英國(guó)科學(xué)家在一個(gè)取名為“代達(dá)羅斯”的研究性計(jì)劃中，也用氫聚變的核脈沖加速飛船，飛往巴納德星。
在80年代，美國(guó)科學(xué)家弗·迪森提出用微波帆使飛船加速的設(shè)想。隨后，羅·福瓦特進(jìn)行了研究性設(shè)計(jì)，在取名為“星束”號(hào)的宇宙飛船上設(shè)巨幅網(wǎng)帆，將地球軌道上衛(wèi)星電站的電能轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒉ㄊ?，射向“星束”?hào)的網(wǎng)帆（中途經(jīng)聚焦），使飛船加速，用20年時(shí)間可飛達(dá)比鄰星。由于電能既可轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒉?，也可轉(zhuǎn)變?yōu)榧す?，因此，福瓦特又設(shè)計(jì)了用激光帆加速的“星束”號(hào)宇宙飛船，飛向E.E.星。
后來(lái)，日本科學(xué)家又設(shè)想了1g加速的沖壓噴氣宇宙飛船。這個(gè)設(shè)想的巧妙和可貴之處在于返樸歸真。1g加速的返樸歸真，我們?cè)谇懊嬉呀?jīng)說(shuō)過(guò)了，它能使人感到始終像是生活在地球上。而沖壓噴氣則回復(fù)到航空時(shí)代，沖壓噴氣飛機(jī)就是用高速?zèng)_壓，吸取空氣，讓汽油燃燒，產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)?，向后高速噴出，產(chǎn)生反作用力，推動(dòng)飛機(jī)前進(jìn)。
1g加速?zèng)_壓噴氣宇宙飛船的最大返樸歸真，是利用宇宙中天然的能源。在廣闊的宇宙空間，雖然是高度真空，但仍然散布著氫分子和氫原子，在星際分子云中每立方厘米達(dá)1萬(wàn)個(gè)左右。科學(xué)家們?cè)O(shè)想，在宇宙飛船的前端，安裝一個(gè)巨大的漏斗形氫采集器，讓它在飛船前進(jìn)的過(guò)程中，將散布在宇宙空間中的氫收集起來(lái)，作為飛船的加速能源。
氫的利用辦法，一是讓它進(jìn)行核聚變反應(yīng)，用它產(chǎn)生的高溫加熱工質(zhì)，然后高速噴出，產(chǎn)生推力，使宇宙飛船加速。這就是核火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。二是將收集來(lái)的氫，與反氫相遇湮滅。氫與反氫在雙雙湮滅成光子的同時(shí)，放出大量熱能，如果用這種熱量加熱工質(zhì)，高速噴出，用反作力使飛船加速，那就是反物質(zhì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。如果讓光子在拋物面反射鏡的焦點(diǎn)上產(chǎn)生，經(jīng)反射鏡反射后一致向后發(fā)射，也就是向后噴射光子，那就是光子火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。
1g加速?zèng)_壓噴氣宇宙飛船還有一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)，那就是隨著飛船速度的不斷提高，收集的氫不斷增多，這正好滿足了因飛船質(zhì)量不斷加大，加速更困難，需要更多能源的需要。
漆黑的宇宙背景
宇宙航行，美景無(wú)限。
宇宙飛船啟航，這時(shí)速度較慢，仍可定眼觀看宇宙背景。嗬，好一幅美麗的畫面。在太空真空中看星星，與在地球上看不同，由于沒有大氣層的影響，星星顯示的都是它們本來(lái)的顏色，即由于它們的溫度不同，而分別呈黃、紅、藍(lán)、白顏色。它們射出的光芒也沒有大氣折射造成的閃爍。沒有了大氣層的影響，宇宙背景呈深邃的黑色，使?jié)M天星斗像是在黑色天鵝絨上用一顆顆晶瑩剔透的寶石鑲嵌出的各種圖案。飛船的運(yùn)動(dòng)，又使這一切具有動(dòng)感，活像是在立體電影院中欣賞三維電影！
欣賞之余，又會(huì)有這樣的沉思浮現(xiàn)腦際：宇宙背景為什么是漆黑的？無(wú)限的宇宙有無(wú)限的恒星，即使每顆恒星的光是暗淡的，但無(wú)限多個(gè)暗淡的星光迭加起來(lái)，也會(huì)形成巨大的光芒。
19世紀(jì)的天文學(xué)家H·奧伯斯，也曾為“夜空為什么是黑暗的”這個(gè)古老的問(wèn)題困擾過(guò)。因此后來(lái)這被稱為“奧伯斯佯謬”。
根據(jù)熱力學(xué)理論，無(wú)限個(gè)恒星把熱和光輻射到空間，會(huì)使宇宙空間的溫度不斷升高，即使在經(jīng)過(guò)100多億年后，宇宙空間還沒有達(dá)到恒星表面溫度那樣的熱動(dòng)平衡狀態(tài)，也應(yīng)該是幾千K的溫度，宇宙背景應(yīng)該在這個(gè)溫度上發(fā)熱發(fā)光，它怎么會(huì)是漆黑的呢？
現(xiàn)代宇宙學(xué)解開了這個(gè)佯謬。首先，恒星不是永恒地燃燒的，原始恒星和死亡了的恒星不發(fā)光，發(fā)光的主序恒星有一定的壽命；其次，宇宙不是靜止的，而是在不斷地膨脹著；最后，也是最根本的，宇宙不是無(wú)限的，它有有限的年齡，有有限數(shù)量的恒星。因此，有限的宇宙和有限數(shù)目的恒星的光的迭加，也是有限的，而且是很微弱的，因?yàn)橛钪娴牟粩嗯蛎浗档土藴囟群凸饷ⅰ?div style="height:15px;">
從熱力學(xué)角度看，就是從宇宙誕生至今，還沒有達(dá)到熱平衡所需要的足夠時(shí)間。而且，如果宇宙一直膨脹下去，也將是在很低溫度的水平上的平衡。如果這樣，不僅現(xiàn)在的宇宙背景是漆黑的，將來(lái)也會(huì)是漆黑的。
收起遠(yuǎn)望宇宙背景的眼光，低頭近看宇宙空間，會(huì)發(fā)現(xiàn)有粟米大小的顆粒閃過(guò)宇宙飛船的舷窗。宇宙空間為高度真空，那會(huì)是些什么東西？
我們知道，在地球上的海岸邊，可能看到“海市蜃樓”；在沙漠中則可能看到“沙市蜃樓”?！坝钪骝拙啊本褪恰靶鞘序讟恰保?div style="height:15px;">
