圖片來源：《星艦迷航記》 早在1960年代後期，人類《星艦迷航記》（Star Trek）的最後之年推出便吸引不少大眾對於航天的理想，而後陸續有《星際爭霸戰》、疆們《銀河飛龍》、有生《銀河前哨》等一系列的星際現荣耀纪元源码作品催生而出。每一集的旅行開場白如下：
宇宙，人類最後的期實邊疆。這是宇宙企業號星艦的航程。它的人類五年任務，是最後之年去探索未知的新世界、找尋新的疆們生命與文明、並且勇敢踏入前人未至之境。有生
Space: the final frontier. The星際現se are the voyages of the starship Enterprise. Its five-year mission: to explore strange new worlds. To seek out new life and new civilizations. To boldly go where no man has gone before!
時至今日，我們依舊著迷於這些題材。旅行屈指一算，如今已是21世紀了，距離這些科幻影集的推出也有近乎一甲子之久。如今，我們依然駐足於地表——身為普羅大眾的你我，依然需要仰望星空、或是翻開科幻小說，才得以探尋無垠的星海。那麼，故事裡西元2300年的星際旅行究竟是否能如期實現？這篇文章將要帶領你以科學與歷史的角度探索太空航行的發展與可行性。
太空探索的當前進展
二戰結束後，冷戰時代的美國與蘇俄競相對峙，一連串的「太空競賽」驅使人類對於外太空的探測與登佔。舉凡1957年蘇聯發射第一顆人造衛星、1969年美國「阿波羅計畫」使人類初步登入月球，反向威廉指标公式源码皆是太空探索的濫觴。
爾後，更有太空梭的發明、國際太空站的設立、乃至於今日不少私人企業皆相繼開發太空旅行相關領域。然而，目前「太空旅行」並非普遍可行的，即使從2000年開始陸續有民眾參與，但平均每日須耗費3萬5000美元，由此可見，太空旅行在現今仍然是所費不貲、成本並非普通民眾所負擔得起。
圖片來源：維基百科 太空飛行器方面，除了最典型的固態火箭，還有液態火箭、離子推進器、脈衝電漿體火箭等各型推進器被開發出來。另一方面，以奈米技術為基石的「太空電梯」（space elevator）仍處於開發階段。值得喜悅的是，現今已有不少飛行器飛往星際，例如：1977年NASA發射的飛行器「航海家2號」在2018年已經以第三宇宙速度（約每秒16.7公里）離開太陽系、正在往更遙遠處探尋。
總體而言，核力與電磁場是目前較有潛力的候選者。光帆（solar sail）與磁化帆（magnetic sail）目前也是處於技術未成熟的階段，前者是安信证券macd源码利用太陽的輻射壓、後者是利用太陽輻射的帶電粒子。目前人們對於電力的應用十分成熟，但對於「磁力」，或許磁浮列車是個典範，然而尚未能將磁效應普遍應用於運輸生活中。就目前趨勢來看，除了核能，「光」、「電」、「磁」或許可以視為太空技術上的新興市場。
星際旅行的歷史序曲
20世紀中期，美國推出了「獵戶座計畫」（Project Orion），烏拉姆（Stanisław Ulam）、戴森（Freeman Dyson）等科學家相繼投入研究，可以視為星際旅行發展的先鋒。
獵戶座計畫倡導「核脈衝推進」（nuclear pulse propulsion），意即透過一連串核爆作為推力、航向星際。核脈衝的推力可以造就每秒1萬5000公里左右的動力，然而在1963年《部分禁止核試驗條約》簽署後，獵戶座計畫也宣告終止。
圖片來源：維基百科 儘管如此，人們對於太空探險的心依舊不滅。1970年代，英國星際學會推出「代達羅斯計劃」（Project Daedalus），主張以無人星際飛船探索以巴納德星（Barnard’s Star）為主的星體，透過「核融合火箭」（fusion rocket）、承續獵戶座計畫中的氫彈方法，在五十年內以光速的期货量化程序编程源码12％航往其他恆星。
不過，核融合火箭固然足以產生巨大能量推動太空船，然而時至今日尚未被成功打造出來。從歷史角度剖析，不難得知：核能在上世紀不僅僅是戰爭武器來源、同時也是科學家對於星際旅行的構想雛型。至於現今，核能不再主宰一切，光、電、磁乃至於重力反而逐漸蛻變為潛力股。
當然，運用電磁場推動飛船的概念也非新創事物。早在1960年代，「巴薩德衝壓引擎」（Bussard ramjet）便曾一度廣為人知，其原理乃是透過龐大的電磁場作為「漏斗」收集、壓縮漫佈在星際空間中的氫元素，並在磁場中壓縮至核融合反應足以發生，從而產生巨大的能量、透過磁場產生的反作用力推動飛行器，最高能產生每秒3萬公里的動力。而巴薩德衝壓引擎目前仍處於理論階段，畢竟核融合方面的技術尚未成熟、更何況要將這些程序套用在電磁場中推動飛行器。
恆星際旅行的展望
設想一下：你不再受限於太陽系中，你可以自由地遊歷南門二、天狼星，你甚至可以造訪「超級地球」格利澤667C（Gliese 667C）。當一提到「恆星際旅行」（interstellar travel），php怎么更改后台源码方才所提到的各式推進器——離子推進器、電漿推進器、核脈衝推進器、核融合火箭、巴薩德衝壓引擎、乃至於反物質火箭——都可以派上用場。
就目前而言，技術和經濟效益上有所侷限，因此恆星際旅行的夢想可能至少要留待本世紀末、乃至於數百年後才有機會實現。
圖片來源：維基百科 恆星際旅行最常見的交通工具莫過於「星艦」（starship），前面幾節所提到的「獵戶座計畫」、「代達羅斯計畫」皆可以視為星艦構想的藍圖；對於那些渴望親眼瞥見宇宙彼端恆星的人們而言，星艦可以說是最佳的選項。它的特色在於：不僅僅是發射一個探測器，而是要能夠載人，因此可以想像，如此大規模的飛行器必然要價不菲，同時也面臨諸多技術上的瓶頸。
然而，搭乘星艦最常見的問題就是：在不違反狹義相對論的框架下，星艦必然以低於光速的速度航行，但往往抵達鄰近恆星便需費時數十年、或者數百年。
雖然就狹義相對論的時間膨脹（time dilation）理論而言，高速飛行的星艦內所經歷的時間會比外界來得緩慢許多——也就是說，即使航程耗時數百年，星艦內的宇航員大概只經歷過幾十年的時間流逝而已。然而，倘若要航向更遙遠的目的地，不免都得考慮傳宗接代以駕駛飛船的問題。
為此，除了人類冬眠、冷凍胚胎技術以外，還有所謂的「世代飛船」（generation ship）的出現。它不需要強迫一艘星艦接近光速航行，但因爲一趟航程恐怕得費時數百年至千年，因此內部的宇航員會無可避免地老化死去、而其下一代則須維持星艦的運行；如此世代傳承、反覆交替，直到抵達目的地為止。這聽起來似乎不像短期內所能實現的。
慶幸的是，星艦已非構想——在2012年初，NASA與DARPA正式啟動「百年星艦」（100 Year Starship）計畫，目標是在百年內實現人類的恆星際旅行。其首要目標是在2030年把第一批太空人送上火星，這項計畫也常被視為1970年代代達羅斯計畫的延續。
除此之外，二十世紀後期有科學家提出所謂的「自我增殖太空船」（self-replicating spacecraft），其中最具代表性的莫過於「馮紐曼探測器」（von Neumann probe）。有別於傳統載人太空船，這類型的探測器十分微小、大約在奈米尺度下可見，也因此，它們就像一團塵埃一樣、不需要極為強大的核能或電磁場便可輕易投射到外太空，同時也更容易提升飛行速度、使得亞光速航行並非難事。
透過適當的電磁場推進到目的地後，這些渺小探測針將會自我複製成千百個迷你探測器，甚至可以自我修復。一旦某些探針順利抵達系外行星後，身在地球的我們便可以窺見遠方星體上的情景，而不需受限於龐大的太空船技術及其成本。
順帶一提：「費米悖論」（Fermi paradox）點出「為何人類始終難以接觸到外星智慧生命」這一問題——馮紐曼探測器提供了一種解答：外星生命或許並非直接駕臨地球，他們也許早已透過先進的奈米機器人探訪地球、並徹底窺見我們的生活景況。
圖片來源：由 CSIRO, Attribution 瞬時星際旅行的藍圖
人類對於未來的想像是無窮的。晚清小說《新石頭記》中，描述了飛車、海底快艇、自動化機械等情景，在當時總被視為遙不可及的虛幻題材，然而今日幾乎都已實現在日常生活中。現在讓我們暫且聚焦在星際旅行上、那些科幻層面的構想。
學習過物理的或許知曉，質能轉換公式「E = mc²」意味著1公克的砂糖就足以產生9×10⁹焦耳的能量──相當於2噸黃色炸藥、足以摧毀一座要塞。至於質量與能量的運用，就是技術層面上的問題了。
質能轉換的應用上，一個經典的構思就是「反物質火箭」（antimatter rocket），應用了物質、反物質湮滅所產生的巨大能量。然而，反物質雖然可以在實驗室中被創造出來，但需要用到大量的物質、再加上儲存的窒礙，導致於當前1克的反氫原子要價約60兆美元，可以說是地球上最昂貴的物質。而反物質火箭的打造更不在話下。
但在未來一旦反物質成本降低、技術成熟，便有機會打造出反物質飛船，其產生的巨大能量有機會達到光速的70％、由此抵達毗鄰星半人馬座α只消6年的時間。
理論物理方面，甚至有更狂想的「阿庫別瑞引擎」（Alcubierre drive）這一概念。如果熟悉《星際爭霸戰》系列影集的讀者想必都曾聽聞「曲速引擎」（warp drive），這就是阿庫別瑞引擎概念的延伸。值得一提的是，這類引擎並非全然空想，它們皆源自於廣義相對論中愛因斯坦場方程式的一種時空解，透過「空間彎曲」而達到超光速旅行。
請注意：在物理上物體以「超光速」運動是不可能實現的，因為這將違反因果律；然而，阿庫別瑞引擎的核心概念在於將空間「扭曲」到一定程度，從而迴避了速度上的限制、達成瞬時旅行的目的。
你可以想像一下：一張白紙上的兩個定點隔著一定距離，現在，透過把紙面彎曲、兩個定點之間的直線距離也就明顯縮短了──這就是曲速引擎的原理。不過，這類引擎的建造可能涉及到帶有負能量的奇異物質（exotic matter），且有牽涉到「回到過去」這類時間旅行的可能性。時間旅行在廣義相對論中是某方面可行的、然而在量子重力理論中卻是不被允許的。
你也可以想像，那些隱藏在時空縫隙中的「蟲洞」（wormhole），在遙遠的未來有機會被控制、從而透過奇異物質將其放大無限倍並使其穩定。若真可行，那麼，透過蟲洞達成星際旅行或許也不成問題。可惜的是，上述概念在目前仍處於理論階段。因此，若要達成科幻作品中的「瞬時星際旅行」，人類必須徹底掌握時空結構與動力學原理，否則在現階段純屬空談。
姑且不論穿梭宇宙、翻轉時空這些近似完全科幻的劇情，如果考慮現實而言，行星際旅行是目前正在發展的；至於恆星際旅行，則可以視為未來太空探索的首要目標。
那麼，星系際旅行（Intergalactic travel）又是如何？在人類目前技術框架下，星系際旅行是不大可能實現的，基本上星系之間的距離都是百萬光年起跳，若要達成這類航行，那麼除非人類能獲得永生、或者我們能開發出曲速引擎或蟲洞這類的技術，否則以目前科技而言是很難實現的。
這些概念在當前仍屬於科幻範疇，但值得高興的是，人類不再是藉由想像來探索太空，我們已經有萌芽的技術，也已經有人登上月球，對於恆星際旅行也有進一步的構思。因此，太空旅行並不是夢，「企業號」星艦不再只是科幻題材；甚至在更遙遠的未來，人類將能實現瞬時旅行、而不再是僅僅透過電波望遠鏡探索壯麗星空。
延伸閱讀
- 《霍金大見解》：我已經向大家示範了，每個人都有能力太空旅行
- 來去時間旅行：「前往未來」不僅可能，而且已經發生
- 人類半世紀前就能登月，為何「來趟太空蜜月之旅」卻還很遙遠？
【加入關鍵評論網會員】每天精彩好文直送你的信箱，每週獨享編輯精選、時事精選、藝文週報等特製電子報。還可留言與作者、記者、編輯討論文章內容。立刻點擊免費加入會員！
責任編輯：朱家儀
核稿編輯：丁肇九
