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布兰德教授在与库珀初次见面时就告诉他，拉撒路任务（Lazarus Missions）已经将人类送上了寻找新家的旅途。
库珀回答说：“太阳系内没有行星能够提供生命支持，而到最近的恒星也要上千年。这甚至都不值得一试。你把他们送到哪儿去了，教授？”[1]
当你意识到最近的恒星距离有多遥远时，就马上能明白，要是没有一个虫洞，这种挑战是多么的“不值一试”（见图12-1）。
本图摘自理查德· 鲍威尔（Richard Powell）的网页www.atlasoftheuniverse.com
图12-1 地球附近12光年内的所有恒星。黄圈内标注的是太阳，紫圈内是比邻星，红圈内是鲸鱼座τ
最近恒星离我们有多远？
我们一般认为拥有可居住行星的最近恒星（不算太阳的话）是鲸鱼座τ（Tau Ceti，天仓五），它距离地球11.9光年，所以即使你以光速旅行也要花掉11.9年才能到达。即便有其他距离更近的适宜人类居住的行星，也不会比它近多少。
为了体会一下鲸鱼座τ距离地球有多远，我们拿熟悉的东西做个比较。让我们按照比例大幅度地压缩距离。想象这段距离相当于从纽约到澳大利亚的帕斯——差不多绕了半个地球。
除太阳之外，距离地球最近的恒星是半人马座的比邻星，距离为4.24光年，并且还没有证据表明在它周围存在着适宜生存的行星。如果到鲸鱼座τ的距离相当于从纽约到帕斯，那么到比邻星的距离就相当于从纽约到柏林，没有比鲸鱼座τ近多少！作为比较，人类曾经向星际空间发射过航行最远的无人飞船“旅行者1号”，现在距离地球大约18个光时，为了航行到那里它已经花了37年时间。如果到鲸鱼座τ的距离相当于从纽约到帕斯，那么从地球到“旅行者1号”之间的距离大约只有3 000米：这个距离是从帝国大厦（Empire State Building）到格林威治村（Greenwich Village）南端的距离，比从纽约到帕斯的距离还远得多。
对应地，从地球到土星的距离甚至更短：只有200米，即纽约两个东西街区的宽度，相当于从帝国大厦到公园大道的距离。从地球到火星就只相当于20米；而从地球到月亮（人类到达过的最远距离）的距离仅仅对应着7厘米的长度。
比较一下我们曾经到达过的月亮——7厘米外的地方，与跨越半个地球之间的差别。这就是人类想要移民太阳系外宜居行星时，所要求的技术上的跨越。
21世纪技术条件下的旅行时间
“旅行者1号”正在以17千米每秒的速度飞出太阳系，它已经利用木星和土星的引力弹弓效应加快了速度。在电影《星际穿越》中，“永恒”号从地球飞到土星花了两年时间，平均速度大约为20千米每秒。我认为，利用火箭技术加上太阳系内的引力弹弓效应，21世纪的最大航行速度可能达到300千米每秒左右。
以300千米每秒的速度计算，我们到达比邻星的时间需要5 000年，到达鲸鱼座τ的时间需要13 000年。前景并不乐观！
若想在21世纪大大提速这一旅行，你需要类似虫洞这样的东西（见第13章）。
未来的技术
对技术很在行的科学家和工程师们投入了很大精力去构思一些未来的技术，这些技术使得接近光速的旅行变得可能。通过网络你能找到很多相关思路。我认为实现其中任何一个都将花去人类诸多个世纪的时间。但是它们让我确信，高度发达的文明是能够以1/10光速或更高速度在星际间穿行的。
下面是3个我感兴趣的例子，都是非常超前的近光速推进技术。
热核聚变推进系统的实现时间表——22世纪晚期？
热核聚变（thermonuclear fusion）是3个想法中最为传统的一个。发展地球上受控核聚变发电站的研发工作肇始于20世纪50年代，而其最终完成应该不会早于21世纪50年代。这是整整一个世纪的研发工作啊！这真实地反映了问题的困难程度。
那么，21世纪50年代的核聚变发电站对太空飞船速度的推进来说意味着什么呢？最为实用的设计应该会达到100千米每秒，到21世纪末可能会达到300千米每秒。而若想实现接近光速的旅行，人类就需要找到驾驭核聚变的全新方法。
简单计算一下就能看出核聚变的潜力：当两个氘（重氢）原子发生聚变形成一个氦原子的时候，其静止质量的0.006 4（接近1%）会转变成能量。假设这些能量全部转换成氦原子的动能（运动的能量），那这个氦原子将能以大约1/10的光速向前运动。[2]这意味着如果我们能把所有氘燃料的聚变能转换成太空船的有序运动，那么我们将可能把太空船的速度提高到光速的1/10左右，如果我们足够聪明的话，这个速度还能再快一点儿。弗里曼·戴森（Freeman Dyson），一位我非常尊敬的天才物理学家，在1968年描述并分析了一个推进系统的雏形，在一个足够高级的文明手中这一系统应该可以达成目的。
在戴森最乐观的估计下，若在直径20千米的半球激波吸收器的后面引燃热核炸弹（“氢弹”，见图12-2），炸弹产生的激波会推动飞船向前加速到光速的1/30。更加仔细的设计可能会表现得更好。1968年，戴森估计这种推进系统的实现不会早于22世纪晚期——从现在算起还要150年。我觉得还是过于乐观了。
引自戴森1986年的文章
图12-2 弗里曼·戴森的炸弹激发推进系统
激光束与光帆技术的实现时间表——22世纪？
1962年，另一位让我尊重有加的物理学家罗伯特·福沃德（Robert Forward）在一本流行杂志上写了一篇短文，主要介绍的是利用远程聚焦激光束驱动太空帆来推进飞船加速（Forward 1962）。1984年，他又写了一篇技术性文章，进一步完善了这一概念，使之更加精准（见图12-3）。
在太空中或者月球上建立一个太阳能激光阵列，能产生功率高达7.2万亿瓦的一束激光（大约相当于2014年全美用电量的两倍）。这束激光会通过一个1 000千米的菲涅尔透镜聚焦到一片远程太空帆上，而太空帆的直径为100千米，重1 000吨，被附着在一架质量小得多的太空船上。（这束激光的指向精度大约是百万分之一角秒）。激光的光压会推动太空帆和太空船向前加速，用这一方法到达比邻星需要80年，而在到达一半路程的时候，飞船的速度会高达光速的1/5。另外，通过修改此方案还能够在旅行的后半程使太空船减速，以至于在到达目的地时，其速度会低到足以与行星会合。（你能想出减速是如何实现的吗？）
图12-3 罗伯特·福沃德的激光束与光帆推进系统
像戴森一样，福沃德也猜想他的方案能在22世纪实现，但以我对技术挑战的了解，这一时间还是过于乐观了。
双黑洞的引力弹弓
第三个例子是我自己的。我改编了戴森1963年提出的想法。它是一个疯狂的改编版——非常疯狂！
假设你想用自己生命中的几年时光以接近光速飞跃宇宙（不仅是恒星际的旅行，而且是星系际的旅行），那么你可以利用两个互相绕转的黑洞，即双黑洞。它们必须处于极其椭圆的轨道上，而且必须足够大，否则它们的潮汐力会毁掉你的飞船。
通过使用化学或者核燃料,你可以驾驶飞船接近双黑洞系统中的一个,进入所谓的变焦 - 旋转轨道(zoom-whirl orbit,见图 12-4)。
你的飞船应首先向黑洞（变焦）降落,绕黑洞旋转几圈,之后等待黑洞运行到几乎正对着它的“同伴”时,(变焦)飞离黑洞,与伴黑洞交汇,滑入伴黑洞的旋转轨道。如果这两个黑洞还是彼此相向而行的话,那么经过短暂的旋转后,飞船还可以(变焦)升轨回到第一个黑洞去。如果两个黑洞已经不再相向而行,那么飞船就要在旋转轨道上待久一些；你必须把自己驻留在第二个黑洞的轨道上,直到两个黑洞下一次碰头时,再回到第一个黑洞。用这种办法——总是等双黑洞彼此接近的时候去跃迁,你的飞船就能加速得越来越快。只要双黑洞的轨道足够椭圆,你想多接近光速就能多接近。
这个方案的非凡之处是，你只需极少的火箭燃料去控制在每个黑洞边上该待的时间。关键在于，飞船应进入黑洞的临界轨道，以及在那里对回旋进行控制。我会在第26章讨论临界轨道，现在我们只需知道它是一个高度不稳定的轨道就足够了。这很像在光滑的火山口边缘上骑摩托车。如果你能精巧地拿捏住平衡，那么你想待多久都可以。当你想离开的时候，只要略微转动前轮，就能从边缘上猛冲下去。同理，当你想离开临界轨道的时候，只需轻轻地点燃火箭助推器，离心力就会占据主导地位，把你的飞船送向另一个黑洞。
一旦你达到了想要的接近光速的速度，就可以发动火箭离开临界轨道，飞向宇宙深处的目标星系（见图12-4和图12-5）。
图12-4 变焦-回旋轨道能把飞船的速度提升到接近光速
图12-5 发动火箭离开临界轨道，飞向遥远的星系
图12-6 双黑洞系统内的减速弹弓效应
这趟旅行路途遥远，差不多有100亿光年的距离。但当你移动的速度接近光速的时候，你的时间流逝比起地球将大为减缓。如果你足够接近光速，就能按照自己的设想在几年甚至更短的时间里到达目的地——按照你测量的时间。可能的话，你还可以在目的地附近找一个用来减速的高度椭圆轨道双黑洞系统，详见图12-6。
你也可以用同样的方法回家，但你的归来可能不会非常愉快。因为地球已经过去了十几亿年，而你的年龄只长了几岁。想象一下，你会面对什么样的景象？
这种类型的引力弹弓效应能够提供一种方法，以跨越星系际尺度的距离，然后把文明散播出去，主要的障碍（也许是难以逾越的）是如何找到或者制造所需要的双黑洞系统。如果你处于一种足够发达的文明之中，那么发射端的系统可能还不是问题，但减速系统就另当别论了。
如果没有减速双黑洞，或者有，但是你错过了它们，你会遭遇到什么？这是一个非常棘手的问题，因为宇宙正在膨胀。想想吧！
这3种遥远未来的推进系统看起来真的令人兴奋，但它们也真的同样遥远。使用21世纪的技术手段，我们只会被上千年的时光卡死在恒星系统之间。在全球范围内的灾变面前，进行快速星际旅行的仅有希望（极端微弱的希望）就是像电影《星际穿越》中那样的虫洞，或者时空弯曲的其他极端形式。[3]
[1] 地外行星（我们太阳 系之外的行星）正在以极快的速度被发现。每日都在更新，而且基本上很完整的行星列表都可以通过扫描以下二维码获得。
[2] 动能为（1/2）Mv2，其中M 是氦原子的质量，v 是它的速度。它等于能量的释放，0.006 4 Mc2。这里c 是光速（我使用了爱因斯坦的著名公式：从质量转换成能量时， 输出的能量等于质量乘以光速的平方）。联立这两个方程可得：v2=2×0.006 4c2，v 大约为c/10。
[3] 若想了解人类实现星际旅行所需的技术信息，请扫以下二维码。
