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科學設想:如何藉助人造黑的能力實現星際穿越

星際旅行是人類永恆的夢想。然而,即使距地球最近的恆星——半人馬座比鄰星,距離地球也有4,2光年——這超過了地球和太陽之間距離的20萬倍,或者相當於人類乘坐太空船往返月球5000萬次的距離。

假如乘坐人類迄今為止最快的星際探測器——美國的「旅行者1」號探測器——以每秒17千米的速度離開太陽系,人類將在7.4萬年後才能到達比鄰星。

如此看來,星際旅行對於人類來說無疑是癡人說夢。人類如何才能在有生之年光顧那些距離以光年計的遙遠星球?

美國堪薩斯州立大學的數學家路易斯·克蘭提出了他的星際飛船設計方案——用「人造黑洞」作為星際飛船的動力120世紀70年代,英國理論物理學家史蒂芬·霍金就論證出了黑洞並非全黑,當其中的物質轉化為亞原子粒子團時,黑洞便會「蒸發」,從而出現霍金輻射。

霍金輻射包含所有種類的亞原子粒子,但最主要的是伽馬射線光子。克蘭相信,霍金輻射將可以成為星際飛船遨遊銀河系的主要動力源。

根據克蘭的方案,創造「人造黑洞」需要將龐大的能量聚集到很小的範圍內。他建議用一個寬達250千米的太陽能板為一個巨大的伽馬射線雷射器充電,這個龐大的太陽能板運行在距太陽數百萬千米遠的軌道上,它需要花1年時間來吸收能量,最終在雷射的焦點位置會形成一個黑洞。由此產生的「人造黑洞」將重達數百萬噸,但體積卻只有一個原子核大小。科學家接下來要做的事,就是設法將這個「人造黑洞」置入星際飛船後部一個拋物面鏡的焦距內。霍金輻射產生的伽馬射線光子經鏡面反射而成的平行光束,將會成為推動飛船前行的不竭動力。

根據科學家的理論,小型黑洞散發出的霍金輻射要遠遠超過恆星品質的大型黑洞。克蘭根據黑洞公式推算出,一個重約100萬噸的黑洞將會成為星際飛船完美的能源:它既小到可以產生足夠的霍金輻射來推動太空船,同時它的品質也足以確保其不會在100年內消耗殆盡。100萬噸的「人造黑洞」將是一艘黑洞飛船所需動力的最佳平衡點。

根據克蘭的推算,100萬噸的「人造黑洞」可以使星際飛船的航行速度在幾十年時間內接近光速。如果你還嫌這個速度太慢,那麼使用更小的「人造黑洞」可以產生更多的霍金輻射。對於星際旅行者來說,如果你乘坐「人造黑洞」飛船以接近光速的速度飛行,那麼時間將會變慢,你的衰老速度也將遠遠小於你在地球上的家人和朋友。克蘭說:「乘坐這種星際飛船,你完全有可能在有生之年抵達距離地球250萬光年遠的仙女座星系。」

不過,即使用於星際旅行的交通工具問題解決了,人類進行星際旅行仍將面臨許多其他的切身問題,譬如「星際飛行宇航員」能否在孤獨漫長的太空旅行中健康活上數十年時間?宇航員又如何克服食物、空氣、水、重力缺乏、太空輻射、太空垃圾,甚至心理孤獨等一系列嚴重問題?

據研究了20餘年生命支持科學的美國航空航天局研究專家唐納德·漢寧格稱,地球包含了數十億立方千米的大氣層、數億立方千米的水、數十億公頃的農田以及60億人類,所有這些形成了可供人類生存的完整循環系統,而星際飛船上必須建有自己的循環系統,讓食物、水和氧氣都能百分之百地循環利用。漢寧格和他的同事一直在進行食物方面的實驗,而氧氣循環更加不成問題,一種新的高科技設備已經能將二氧化碳從周圍空氣中分離出來,並對其進行化學處理,從而分解出氧氣。星際飛船上水的再生循環也將不成問題,太空中的失重問題則可以通過重力模擬器來解決。

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