折疊空間 揚帆遠航

葉煜東

小編的話：

我們的征途是星辰大海，宇宙深空是我們的未來。除了化學引擎、離子引擎、核能引擎能幫助我們走向太空，還有哪些奇妙的宇宙航行方法是我們不知道的呢？一起來看一看吧！

揚帆遠航——神奇光帆

15世紀開始，人類進入大航海時代，帆船成了挑戰未知的遠航之旅的象征。而在宇宙大航海時代，太陽帆飛船（也叫光帆飛船）就可以算是最接近傳統帆船形象的飛行器了。

下雨天，當我們打著傘走在雨中的時候，握著傘柄的手能夠源源不斷地感受到打在傘面上的雨滴所帶來的壓力。同樣，不論是光還是粒子，它們打在光帆之上也會產生一定的壓力。飛船就如同沐浴在光子或是輻射粒子“風”里的“帆船”一樣，在這種壓力推動下不斷前進。

古典帆船不需要螺旋槳，只要有風就能航行，光帆飛船也只需要“粒子風”。這意味著一個巨大的優勢：可以去掉推進劑和引擎，從外部提供動力，讓飛船本身的重量得到極大削減。

在劉慈欣的科幻作品《三體》之中，為了向1光年之外正在往地球進發的三體艦隊發射一顆能夠盡快到達的飛行器，彼時的人類提出了一個“階梯計劃”。這個計劃中的飛行器便是擁有著巨大輻射帆的光帆飛船，通過依次引爆在預定飛行軌道上從地球到木星軌道之間的近千枚核彈，利用其爆炸產生的輻射作用于光帆帶來持續的加速，最終使追求極致輕量化的飛船達到了光速的百分之一。

可喜的是，光帆飛船現在已經不再是紙面上的設定，而是慢慢走向現實的切實可行的方案。日本航空研究開發機構（JAXA）在2010年發射的“伊卡洛斯號”（IKAROS）飛船已經成功驗證了將光帆作為唯一推進方式的可行性。

利用空間——引力彈弓

愛因斯坦的廣義相對論指出，大質量的物體可以讓它周圍的空間發生彎曲。如果把行星或恒星等大質量物體比作金屬球，宇宙空間比作橡皮膜，壓在一張平整橡皮膜上的金屬球會產生一個凹陷。假如這時候有個小球向著這顆金屬球而去，這個小球的運動軌跡會彎曲，小球在滾向凹陷的過程中也會不斷地加速。這正是“引力彈弓”的基本原理——空間探測器從行星旁繞過時受行星的引力作用，運動速率增大。

在電影《星際穿越》中，宇航員庫珀最后操縱著破損的“永續號”孤注一擲，通過黑洞“巨人”的引力彈弓作用，讓宇航員艾米莉亞得以逃生。

再回到我們的時代，1977年9月5日發射的“旅行者號”探測器就是經過木星和土星——這兩個太陽系大塊頭行星的引力加速才獲得了足以脫離太陽引力控制的動能，并在2013年9月12號被美國國家航空航天局正式宣布已經脫離了太陽系，繼續向著無人深空進發。

折疊空間——曲速航行

如果說引力彈弓是利用了宇宙中的天然“地形起伏”的話，那么曲速航行就是人類移山填海，主動出擊了。這里的“曲速航行”，可以叫做“曲率航行”或“翹曲空間”，本質上就是對空間的主動彎曲。

下面這段選自漫畫《哆啦A夢——大雄的宇宙開拓史》的片段簡潔又形象地描繪了何為彎曲空間——通過一定手段讓空間“折疊”，把本來相隔很遠的兩個點拉近。這種方法優雅而高效：沒有燃燒，無需噴射，快速便捷——常規的宇宙飛行在它面前慢如蝸牛。同時，這種對空間的主動干預讓人類有一種主人般的感受，仿佛自己不再是渺小脆弱的生命體，而是無限空間之王。

可惜的是，這個誘人的方法現在依然沒有實現，我們現在還沒能找到人工彎曲空間的有效方法，曲速飛船也依然是一個美好的概念。但是這種方法又是如此誘人，因為它能夠實現真正意義上的空間壓縮，極大地縮短旅行時間，讓行星際間甚至星系之間的旅行成為現實。正如現在高鐵已經能夠消除我們過去的萬水千山重重阻隔，未來的“星際高鐵網”就等待著用曲速航行技術來搭建了！