恒星际宇宙飞行，直到今天仍只是科幻小说、电影中的情节。现在为数不少的科学家开始探讨这种可能性，并着手设计宇宙飞船。当然，他们中一些人只是异想天开，实现的可能性不大，但是利用反物质和激光束等来实现恒星际宇宙飞行的设想，将来很有可能成为现实。

　　美国物理学家杰拉德·史密斯近十几年来一直在追寻反物质，全心贯注于用磁场把反物质“囚禁”于一种特殊容器中。史密斯此举的目的是利用反物质，将反物质作为燃料用于亚光速宇宙飞船。依靠最新的技术成果，认为实现恒星际宇宙飞行是可能的科学家不只史密斯一人，他们提出了从搭载原子反应堆、反物质反应堆的载人飞船，到利用激光束和粒子束加速到亚光速的探测器等形形色色的方案。

　　利用航天飞机不能实现恒星际宇宙飞行

　　如果前往离太阳最近的半人马座γ星的恒星际宇宙飞行能够成功，我们就能得到解开宇宙年龄等宇宙之谜的大量线索。但是航天飞机这样的化学燃料火箭加速度为1．7g，也就是只有地球重力1．7倍的加速能力。使用航天飞机要用10年时间到达4．3光年之遥的半人马座γ星，必须持续加速两个月以上，这是不可能的。为了持续加速两个月，航天飞机就得装载更多的燃料，这使它的重量之大以至根本离不开发射台。

　　不仅如此，为了用10年时间到达半人马座γ星，必须维持0．5倍以上的光速，然而随着接近光速，等在前面的一个难关便出现了，这就是“爱因斯坦狭义相对论”指出的速度越快质量越大的规律。当速度达到光速的0．75倍左右时，质量将变成1．5倍。由于质量增大推进力即使加大也无法加速，所以航天飞机必须造得尽可能轻些。

　　在恒星际宇宙飞行的情况下，需要的能量与今天的一般飞行相比简直是天壤之比。如果要让载人宇宙飞船以三分之一的光速飞行，就需要相当于让全世界发电厂工作几年的能量。如果采用原子反应堆，单位质量燃料的推进力将增大1000万倍。理论上说，可以期待的办法是用激光束照射核燃料在燃烧室内发生核聚变反应。但是为此就得建造相当复杂的反应堆，技术上是十分困难的。基于上述理由，根本不能考虑使用化学燃料火箭去实现恒星际宇宙飞行。

　　对反物质的期待与现实

　　杰拉德·史密斯认为，反物质能够带来解决问题的办法。反质子和正电子一类反物质，就存在于物理学家的身边。在各种各样的粒子中，存在着一类除电性相反而具有共同性质的反粒子，各种成对的粒子与反粒子一旦相遇，在释放出γ射线和π中间子及极大能量的同时将同归于尽。杰拉德·史密斯注意到成对的粒子与反粒子消失时释放的极大能量，理论上说，粒子与反粒子消失时产生的能量是核裂变和核聚变的100倍。要把一般质量为1000千克的宇宙飞船加速到0．1倍光速，经计算只需9千克的反物质燃料就够了。不过情况并不这么乐观。

　　问题之一是，怎样才能把反物质富集起来。杰拉德·史密斯在其中从事研究的位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心，在那里的巨型加速器中，10分钟里产生10亿个反质子。然而反质子以0．1倍光速（不可思议的高速）飞迸，要捕捉住它们谈何容易。史密斯在反质子的前方设置全金属箔和气体，以降低反质子的速度，力图将反质子封闭在一个用磁场构成的容器内。如果他成功了，10分钟里就能富集到100万个左右的反质子。遗憾的是，100万个反质子作为火箭燃料实在是杯水车薪微不足道，而且这项工作得不断反复进行，即便如此仍存在两个难题。

　　首先，反物质是带电性的粒子，彼此会产生排斥力，反物质的密度越高，用来约束反物质的磁场强度就越大，这就需要能让磁场强度之大超乎想象的超导材料，于是杰拉德·史密斯想到，让反质子与质子结合“制造”反氢原子，由于反氢原子不带电荷，就不需要形成超强磁场的超导材料了。

　　1996年1月，德国、意大利、瑞士等国科学家组成的国际研究小组宣布，他们利用欧洲核子研究中心的加速器，成功地制造出反氢原子。他们让反质子以高速运动，与氙气碰撞产生电子和正电子，在正电子与反质子速度相当的情况下，就能组成反氢原子。在他们的实验中，反氢原子约存在了40纳秒（1纳秒为十亿分之一秒）。

　　其次是数量的问题。即使建造高效率、规模巨大的反物质生产厂，要生产1克反物质就需要长得异乎寻常的时间。前面提到的国际研究小组在欧洲核子研究中心制造反氢原子，在三个星期的实验中只制造出9个，即使有了杰拉德·史密斯提出的10年内或许能问世的设施，每年也只能生产出1微克反物质，要把9千克反物质火箭燃料弄到手，必须得90亿年。

　　90亿年后，人类打算前往的目的地恒星还存在与否都不好说了。看来只利用反物质让火箭飞行的念头得放弃了。杰拉德·史密斯又提出，能否把反物质利用于核裂变和核聚变反应呢？如果利用反物质就能实现装置的小型化，让火箭便于搭载。利用反物质连续几天引发每秒钟一次相当150吨TNT当量的小爆炸，三年时间就可以把载人宇宙飞船送上冥王星。

　　用太阳帆不可能实现太阳系外飞行

　　杰拉德·史密斯的设想说到底，都是依靠使用燃料的火箭实现恒星际宇宙飞行。对他的设想提出质疑的人们中有一个人便是波普·佛沃德。波普·佛沃德受美国航空航天局的委托，进行利用反物质可行性的研究。反物质火箭必须使搭载的反物质发生反应，将超高温能量向火箭后方喷出。波普·佛沃德的结论是，对反物质火箭来说，火箭的质量和发动机的耐热性是根本问题所在。

　　1960年，佛沃德第一次提出了撑开巨大的铝箔制成的帆，利用太阳风推进飞行──“乘坐”从太阳不断喷发出的带电粒子流，也就是“坐蹭车”的“太阳帆”的构想。但是利用太阳帆在恒星际间飞行存在重大的缺陷。离开太阳系后，带电粒子流便变得稀薄，宇宙飞船在“无风”的状态下会停驶，利用太阳帆前往其他恒星显然是不可能的。

　　对激光束寄以厚望

　　稍后，佛沃德了解到利用红宝石产生的激光比太阳光更明亮，于是他又产生了一个新念头：用激光束鼓起宇宙飞船的光帆由此获得推进力。由于激光束几乎不会发散，激光束可以从太阳系中射出，所以能够实行必要的操纵和管理，设备的更新也有了可能。更重要的是，宇宙飞船再没有搭载燃料的必要了，宇宙飞船便能造得更轻。在加速到亚光速的情况下，宇宙飞船的质量不大是一个非常大的优势。

　　为了把宇宙飞船送至半人马座γ星，得用激光束加速约一年，使宇宙飞船的速度达到光速的三分之一左右，此后切断激光束，宇宙飞船转入惯性飞行。在接近半人马座γ星时，光帆的外圈逐次断开，形成同心圆状的三部分，把光帆的最外侧移至宇宙飞船的前部，同时再次发射强大的激光束，于是宇宙飞船后部的光帆便被罩在强光之中，宇宙飞船便获得了制动力。当然，来自宇宙飞船身后的激光束仍照射在光帆上构成推进力。但是宇宙飞船外侧的光帆面积是内侧两个光帆面积的9倍，制动力比推进力起到更大的作用。对半人马座γ星的探测结束准备踏上归途，处在中间的环状光帆被取下，此时光帆仍在反射激光束，并使宇宙飞船获得与来路相反的推进力得以飞返地球。

　　巨大光帆的设想现实吗？

　　美中不足的是，虽然具有无须搭载燃料的优点，但是宇宙飞船依靠激光束获得的推进力实在小得无济于事，于是优点便被这缺陷抵消了。要利用激光束来实现恒星际飞行，就必须有更强有力的激光束，光帆也必须大得超出想象。

　　佛沃德认为，在水星轨道上利用太阳能设置约1000台激光发射装置，如果把这些激光束用巨型装置合为一股，那么不开发巨型激光发射装置也行。不过要获得必要的推进力，理想的激光发射装置要比现在利用太阳能的激光发射装置强大1000亿倍！而且还得在土星附近设置巨大的透镜，以纠正激光束的发散。光帆的直径必须达到1000千米之巨，真是一个想入非非的计划。但是佛沃德说，若不从大处着眼就会一事无成。

　　对于佛沃德的雄心壮志，美国明尼苏达大学的数学家埃得·贝尔布鲁诺说了这么一番话：“即使让质量为1000千克的无人探测器飞行，就需要直径1000千米的光帆和巨大的透镜，这不过是异想天开。”

　　粒子束对单程飞行有效？

　　贝尔布鲁诺强调，利用激光束的设想存在难以解决的难题，他更关心粒子束。重粒子，比如质子，它没有光的速度却有质量，对于推进力而言，有质量的质子比没有质量的光子更有效。

　　提出“粒子束设想”的是霍普·萨普林和达纳·安得留，他们说，宇宙飞船的光帆采用超导体制成的巨环更有效。超导体环可形成面包圈状的磁场，粒子束射向磁场就会产生推进力。可用在小行星上设置的核聚变反应堆，超高温加热而等离子体化的气体，向一定方向喷射获得粒子束。

　　粒子束的缺点是很容易扩散──由于粒子之间彼此碰撞使粒子束扩散，距离增大效率就会降低，但是仍比激光束更具推进力。根据安得留的计算，他的“粒子束设想”只需使用佛沃德构想所需能量的六分之一，就能把载人宇宙飞船加速到三分之一的光速。不过，他也遇到了难题──宇宙飞船的乘员必须耐受高达1000g的加速度。

　　在“粒子束设想”中还有一个重大的不足，前往恒星这样遥远的地方，根本不可能传递能量，也就是说有去无回。安得留自信地说，虽说是“自杀”，估计还是会有志愿者的，毕竟有了新发现，可以用他的名字命名。不过，安得留被怀疑有“封闭恐惧症”的倾向，他本人恐怕是不会去当志愿者的。

　　余下的难题和形形色色的构思

　　贝尔布鲁诺坚持认为，目前用粒子束发送无人探测器是可能的。贝尔布鲁诺现在正在构想针尖大小的探测器，要是探测器只有1克质量，以亚光速飞行，质量就是增加也不是什么大不了的事。但是针尖这么小的东西要是丢失不见了怎么办呢？能在那上面搭载通讯装置什么的吗？难题不少。

　　此外，也有人提出了利用连接黑洞和白洞的“虫洞”，以及使用反重力让时间发生弯曲高速移动等方案。近来形形色色五花八门的方案更是层出不穷。就人类目前的科技水平而言，恒星际宇宙飞行本质上是不可能的，这也说明，我们还没有掌握能实现这一梦想的具体知识和技术，人类还得像以往那样探索相当长的时间。

（科技日报）