想象你自己在一個與地球沒有太大區(qū)別的行星世界里，圍繞著一顆與我們太陽沒有太大區(qū)別的恒星運行。地球表面的溫度和大氣剛好適合液態(tài)水存在，海洋和大陸的混合保證了數(shù)十億年來生命的穩(wěn)定和繁榮。進化過程增加了地球上生物體的復(fù)雜性和分化程度。通過偶然突變和選擇壓力的組合，這個世界上的一個物種變得有知覺，有意識，并且達到了前所未有對自然的支配地位。
在距離太陽25光年范圍內(nèi)，有許多已知的系外行星，像K2和TESS這樣的搜尋任務(wù)會找到更多。這些都是星際旅行的絕佳目標，但如果我們不小心行事，人類的探索行為可能會被誤認為是惡意的侵略行為。圖片：NASA/GODDARD/ADLER/U. CHICAGO/WESLEYAN
博科園-科學(xué)科普：隨著他們技術(shù)的進步，開始對其他恒星周圍的外星文明產(chǎn)生好奇。然后在他們的天空中，一個遙遠微弱的光點，第一次攻擊發(fā)生了，以相對的速度在他們星球上炸了一個洞。它不是流星、小行星或彗星，從星際空間的另一邊看——是人類。這算是本文的一個序言，或者說一個故事可能的開始，那么你覺得在這浩瀚的宇宙中，人類會無意中向外星文明宣戰(zhàn)嗎？
1992年哥倫比亞號航天飛機的發(fā)射表明：對火箭來說，加速不僅是瞬間的，而且是在很長一段時間內(nèi)發(fā)生的。對于一艘能夠到達另一顆恒星系統(tǒng)的星際飛船來說，與火箭相比，我們今天所面臨的實際限制意味著，一次旅行必然會跨越多個人類世代。圖片：NASA
人類關(guān)于星際旅行的夢想傳統(tǒng)上分為兩類：
1、慢慢地隨火箭推進，和許多代人類生命的旅程
2、飛得得很快（假設(shè)人類取得了巨大的科學(xué)進步，以相對論(接近光速)的速度旅行）
即使沒有船員，這兩種選擇似乎是唯一的選擇。要么我們像旅行者號宇宙飛船一樣，花了幾千年的時間才走完哪怕是一光年距離，要么開發(fā)出一些新技術(shù)，可以讓航天器加速到非常非常高的速度。第一種選擇似乎不可接受；第二個似乎是不現(xiàn)實。
星際迷航飛船上的翹曲驅(qū)動系統(tǒng)使星際間的旅行成為可能，如果我們有了這項技術(shù)，人類就可以輕松地跨越與恒星的距離，但這仍然是科幻小說中的遐想。圖片：ALISTAIR MCMILLAN / C.C.-BY-2.0
但在2010年代發(fā)生了一些事情，有可能改變游戲規(guī)則。事實上人類已經(jīng)取得了巨大的技術(shù)進步，可以在相當長一段時間內(nèi)為航天器提供大量能量，使我們(理論上)能夠?qū)⑵浼铀俚襟@人的速度，巨大的進步嗎？在激光物理學(xué)中。
現(xiàn)在激光比以往任何時候都更強大，也更準直，這意味著如果我們在太空中放置大量的高能激光器，而不必與大氣色散作斗爭，便可以長時間照射一個目標，給它能量和動量，直到航天器達到光速的10%以上。
“深激光帆”的概念依賴于一種大型激光陣“撞擊”并加速一個面積相對較大，但低質(zhì)量的宇宙飛船，這有可能使非生命體加速到接近光速的速度，使星際旅行成為可能。圖片：UCSB EXPERIMENTAL COSMOLOGY GROUP
2015年一組科學(xué)家寫了一篇白皮書，介紹先進激光陣列如何與太陽帆的概念相結(jié)合，創(chuàng)造出一種基于“激光帆”的航天器。從理論上講，人類可以使用當前的技術(shù)和超低質(zhì)量的宇宙飛船(如“星屑”)，可在一代人的生命中到達最近恒星。
這個想法很簡單：在一個高度反射的目標上發(fā)射這個高能激光陣列，將一個非常小、超低質(zhì)量的微型衛(wèi)星連接到帆上，并將其加速到最大的速度。太陽帆的概念由來已久，自開普勒時代以來就存在了，但是使用激光帆將是一場真正的革命。
激光驅(qū)動帆的藝術(shù)再現(xiàn)展示了如何通過連續(xù)反射高功率和高度準直的激光，將一個大面積、但輕質(zhì)量航天器加速到很高的速度。圖片：ADRIAN MANN / UCSB
這種裝置優(yōu)點是難以置信的：
1、用于此目的的大部分能量不是來自一次性使用火箭燃料，而是來自可充電的激光器
2、星屑宇宙飛船的質(zhì)量非常低，因此可以加速到非?？斓乃俣?接近光速)
3、隨著微型化在電子產(chǎn)品和超強度、超輕材料上的出現(xiàn)，人類實際上可以創(chuàng)造出可用的設(shè)備，并將它們發(fā)送到光年之外
這個想法并不是什么新鮮事，但新技術(shù)的出現(xiàn)（無論是目前可用的，還是未來二、三十年可能會出現(xiàn)的）使這成為一種看似現(xiàn)實的可能性。
激光帆到達一個遙遠世界將是巨大和奇妙的，但是圖示描述顯示它移動速度太慢了而不現(xiàn)實。若以0.2倍的光速，將能在幾小時內(nèi)穿過整個太陽系。圖片：BREAKTHROUGH STARSHOT / YOUTUBE
假設(shè)說的這些是對的，且開發(fā)了合適的材料來反射足夠多的激光，使它不會燒毀帆。對激光進行了足夠的配置，并建立了一個足夠大的陣列，以加速這些星盤宇宙飛船的速度，達到光速的20%：60000千米/秒。然后對準一個可能適合居住的恒星周圍行星，比如半人馬座阿爾法星A或Tau Ceti。
也許我們會向同一個系統(tǒng)發(fā)送一系列星芯片，希望能探測到這些系統(tǒng)并獲得更多信息。畢竟，主要的科學(xué)目標，正如已經(jīng)提出的那樣，就是簡單地在數(shù)據(jù)到達時獲取數(shù)據(jù)并將其傳回。但是這個計劃有三個巨大的問題，綜合起來，就相當于星際戰(zhàn)爭的宣戰(zhàn)書。
激光帆的概念，對于一艘星際飛船來說，確實有可能使飛船加速到光速的20%，并在一代人的生命期中到達另一顆恒星，但是我們發(fā)送的消息可能是災(zāi)難性的。圖片：BREAKTHROUGH STARSHOT
第一個問題是：星際空間充滿了粒子，其中大部分粒子在星系中相對緩慢地移動(以幾百公里/秒的速度)，當撞擊宇宙飛船時會擊穿飛船成孔，使它在短時間內(nèi)變成宇宙的瑞士奶酪。
第二個問題是：沒有合理的減速機制，當這些航天器到達目的地時，仍會以起飛時的速度運動，若不能減速使其達到同步或接近同步運行速度，那么將很難獲取到更多信息，甚至可能撞毀或飛走…
第三個問題是：要達到接近目標的行星(但不與目標行星相撞)所需精確水平幾乎是不可能的，任何軌跡的“不確定錐”將包括我們所瞄準的行星。
1860年一顆流星掠過地球，產(chǎn)生了一種壯觀的發(fā)光現(xiàn)象。通常有2%的幾率在隨機碰撞的情況下有一個像這樣的大氣層，有98%的幾率發(fā)生碰撞。圖片：FREDERIC EDWIN CHURCH / JUDITH FILENBAUM HERNSTADT
當撞到有人居住的星球時會發(fā)生什么？會是什么樣子？60000公里/秒的速度是人類制造的任何航天器重返大氣層速度的數(shù)千倍。比太陽系中最快的流星快1000倍。從太空到地面這個芯片只需要千分之一秒的時間就能穿過整個大氣層。畢竟在以幾千倍的速度下降情況下，只有最先進的隔熱層才能在重返大氣層時幸存下來。
宇航員Bob Crippen帶著geminib太空艙和嚴重受損(但完好無損)的隔熱罩。要想在重返大氣層的過程中生存下來，要比星際芯片飛船所遇到的要低數(shù)千倍，這是非常困難的。圖片：NASA/KIM SHIFLETT
但是速度和能量的關(guān)系使得情況變得非常糟糕。如果速度加倍，能量是原來的四倍；動能與速度的平方成正比。一顆重達100萬公斤的巨巖撞擊一顆時速為60公里/秒的行星會造成一定的破壞，而一顆重量僅為1公斤、時速為6萬公里/秒的巖石在碰撞中也會產(chǎn)生同樣的能量。
即使把激光帆的質(zhì)量做的很小，也會造成一些損壞。一顆行星被以60000公里/秒速度運行的大約1克重的宇宙飛船撞擊，將會經(jīng)歷與一顆以60km /s的速度運行，大約1噸重的小行星撞擊產(chǎn)生同樣的災(zāi)難性后果，這相當于地球上每十年發(fā)生一次。每一次撞擊都會以和車里雅賓斯克隕石撞擊地球同樣的能量撞擊地球：這是十年來最劇烈的碰撞。
2013年地球上最大的隕石撞擊，造成數(shù)百萬美元的損失，并造成數(shù)千人受傷。以60000公里/秒相對速度運行的1克宇宙飛船與一顆行星相撞的破壞性更大。這樣的行為可能被視為惡意的侵略行為，甚至更糟，而是宣戰(zhàn)的宣言手段。圖片：Elizaveta Becker/ullstein bild via Getty Images
如果你是這個外星人世界的人，被這些所震撼，你會得出什么結(jié)論？你想這些東西體積太大，且速度太快所以不是自然產(chǎn)生的，而是是由智慧文明創(chuàng)造。你會想這是被故意盯上了，宇宙空間太大了，不可能偶然襲擊你的星球。最糟糕的是，你會認為這個文明有惡意的意圖。沒有哪個仁慈的外星人會如此魯莽和漫不經(jīng)心地發(fā)射東西，考慮到它會造成的傷害。如果我們足夠聰明，能將宇宙飛船發(fā)射到另一顆恒星上，那么我們當然可以明智地估計這樣做的災(zāi)難性后果。
2016年4月12日斯蒂芬·霍金教授在紐約“一世界天文臺”發(fā)表的“突破攝星”新太空探索計劃上發(fā)表演講。這個想法雄心勃勃，富有創(chuàng)新精神，但同時也帶來了一個巨大的潛在危險，如果我們希望避免星際侵略的意外行為，就必須解決這個問題。圖片：Jemal Countess/Getty Images
斯蒂芬霍金曾發(fā)出著名警告：如果外星人來拜訪我們，其結(jié)果將和哥倫布登陸美洲時一樣，這對美洲原住民來說并不是件好事。然而，除非費心去考慮我們的星際野心和必須實現(xiàn)它們的技術(shù)后果，否則我們將會是第一發(fā)射原子彈的人，也許是有史以來，從一個有人居住的星球到另一個星球?；艚鹱约菏峭黄茢z星最杰出的倡導(dǎo)者，這代表了宇宙間的巨大矛盾。
圖示用于驅(qū)動光帆的激光相控陣列，可能建在智利沙漠
這不是狂野西部，這是最后的邊疆。當人類邁出進入宇宙海洋的第一步時，肯定會有挫折。但我們必須確保他們是無辜的，沒有惡意的。在不謹慎、危險的道路上走下去，被稱為疏忽大意。如果我們對一個比人類先進了幾千年的文明有嚴重疏忽，這可能不僅僅意味著一記耳光，而可能是一場災(zāi)難性星際戰(zhàn)爭中的第一槍。
博科園-科學(xué)科普｜文：Ethan Siegel/Forbes Science/S.W.A.B
博科園-傳遞宇宙科學(xué)之美
