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发信人: qpcwth (独翅鸟), 信区: Science
标  题: 第八章 在时空中旅行
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年03月19日20:07:57 星期二), 站内信件

 【三思言论集】→【三思藏书架】→《宇宙》 　　　　　　　　〖本书由柯南扫校〗
　　　　　　　　  　第八章 在时空中旅行

　　　　

　　莫寿乎殇子，而彭祖为天。
　　天地与我并生，而万物与我为一。
              引自公元前300多年中国庄子所著《齐物论》
　　酷爱星辰。岂惧夜幕
              引自两位业余天文学家的碑文
　　星星在我们的眼中书写着朦胧的史诗，
　　书写着永不消失的空间的闪烁篇章。
              引自哈特·克雷恩的《桥》
　　波涛的起伏部分是由潮汐造成的。月亮和太阳虽然距我们甚
远，但它们对地球的引力作用却是明显的、确确实实存在的。海
滩使我们联想到了宇宙。海滩上的细沙粒基本上是大小均匀的，
它们是由大石块在波浪长年累月地冲击和摩擦、腐蚀和风化作用
下形成的，而这一切又都是在遥远的月亮和太阳的驱动下发生的。
海滩还使我们想到了时间，地球本身要比人类古老得多。
　　一捧细沙大约有1万粒沙，这比我们在皎洁的夜空中肉眼所
能看见的星星还要多。但是我们肉眼能看得见的星星只占星星总
数的极小一部分，我们在夜空中所能看见的星星只是离我们最近
的星星中很少的一部分，而宇宙之丰富和辽阔是难以度量的，星
星的总数比地球上所有海滩的沙粒总数还要多得多。
　　尽管古代的天文学家和星占学家竭力描述星空的景象，星座
却不过是星星的任意组合。某些本来不太明亮的星星，由于离我
们较近而显得很亮，而有些本身较亮的星星却离我们比较遥远。
严格地说，地球上的任何一个地方，对任意一颗星星而言距离都
是一样的。因此，无论是在苏联的中亚细亚，还是在美国的中西
部，观察某个星座时，星星的排列位置都是一样的。从天文学的
角度来看，苏联和美国是同一个地方。只要我们局限在地球上，
任何星系的星星都距离我们如此遥远，根本无法辨认出它们的立
体构像。星星之间的平均距离只有几光年，不过别忘了，一光年
就是约10万亿公里的距离。若要观察星座图像的变化，我们必须
跨越与星星之间的距离差不多的路程，即跨越光年级的距离，非
如此，则无法看到星座中的星移斗转和无穷变幻。
　　但是，要实现如此宏伟的星际航行，目前的技术还完全做不
到，至少在相当长的一段过渡时期内还做不到。尽管如此，我们
却可以用计算机模拟距离我们较近的星星在空间的位置，从而进
行某种类似的星际航行。譬如进行环绕由明亮的星体组成的北斗
星的旅行，观察星座位置的变化。我们按照一般的天体绘图法--
沿点连线，将某个星座的星体用线连结成图，视角不同，所绘制
的图形也不相同。遥远的行星上的居民所看到的夜空星座形状，
与我们在地球上看到的大不相同。再过若干世纪，人们也许能造
出一种宇宙飞船，它速度巨大，能飞越宇宙空间，使人们看到迄
今除了用计算机看到以外从未看到的新星座。
　　星座形状的变化不仅体现在空间上，而且也表现在时间上。
我们不仅通过变换视角可以看到星座的变形，而且只要等待的时
间足够长，也可以观察到它们形状的变化。星星有时组成星团，
成群结队地一起飞奔。有时某颗恒星独自狂奔，结果脱离原来的
那个星座，而跑到另一个新的星座中去。在个别的情况下，双星
系的某一成员会发生爆炸，从而摆脱相互间引力的束缚，以其固
有的轨道速度冲向宇宙空间。此外，星星也有生死存亡、演化发
展的历程。假如我们观测的时间足够长，就会看见新生星体的出
现和旧星的泯灭。也就是说，星空中的图像也处在缓慢地消融和
变化之中。
　　就是在有人类的几百万年中，星座也一直在变化着。以北斗
七星或大熊星座的图形为例，借助于计算机我们可以超越时空的
界限，把北斗七星拉回到100万年以前的状态。人们可以发现，
那时的北斗七星与现在的模样大不相同，不像一把勺子，而颇像
一根长矛。如若时间机器猛然把你带回遥远的、未知的过去，你
可以根据星座的形状大致判断出所处的年代。如果北斗七星状如
长矛，那肯定是在更新世中期。
　　上图：100万年前的北斗七星
　　中图：50万年前的北斗七星
　　下图：现在的北斗七星
由计算机模拟的100万年和50万年前从地球上看到的北斗七星。
　　我们还可以让计算机把时间往前推移，预测星座未来的图像。
以狮星座为例，黄道带由12个星座组成，像一条带子包裹着太阳
每年在天空穿行的路径。黄道带（Zodiac）一词的词根与动物园
（Zoo）相同，因为黄道带中的星座如同狮星座一样，大都是以
动物命名的。再过100万年，狮星座将比现在看到的更不像一头
狮子。也许，我们的后代会把它称为射电望远镜星座。不过我猜
测，射电望远镜在那时可能比石矛之于现在更加过时了。
　　猎户星座（非黄道带）以4颗亮星为界，被3颗星组成的对角
线分为两半，这一对角线表示猎人的腰带。根据通用的天文投影
方法，悬挂在腰带下的2颗较暗的星组成猎人的剑。剑身中间的
那颗星，实际上不是一颗星，而是巨大的气团，叫做猎户座星云，
星云中不时地产生出新的恒星。猎户星座中的大多数星体炽热而
年轻，而且大都演化迅速，最终在称为超新星的宇宙爆炸中了却
残生。它们的生命周期大约为几千万年。假如用计算机进行模拟，
把猎户星座未来的情形描述出来，我们就会惊奇地发现，这个星
座中多数星体的诞生及其蔚为壮观的混灭，如同夜空中的萤火一
般，闪烁明灭、飘忽不定。
　　半人马座α星是距太阳最近的恒星系。它实际上是一个3连
星，两颗星各自绕对方旋转，而第三颗星（半人马星座的比邻星）
则始终以一定的距离环绕前两颗星运行。当第三颗星处于其轨道
的某个位置时，它是离太阳最近的恒星，它的名字就是由此而来
的。我们在天空中所见到的大多数恒星都是双重或多重的星系。
太阳这个星系倒是一个有点奇怪的例外。
　　在仙女星座中，第二颗最亮的β星距我们75光年。我们现在
所看到的它的光亮，在黑暗的星际空间旅行了75年才到达地球。
举一个不大可能的例子，如果仙女座β星上星期二因爆炸而消毁
的话，也只有等75年之后我们才能得到这个消息。这是因为，爆
炸产生的有趣信息以光速运行也要75年的时间，才能穿过茫茫的
宇宙空间到达地球。我们现在所看到的这颗星的星光在它出发的
时候，年轻的爱因斯坦还是瑞士专利局的工作人员，刚刚发表了
划时代的伟大理论--狭义相对论。
　　空间和时间是互相关联的，我们不可能只是遥望太空而无须
顾及时间。光的运行速度极快，但空间极其浩瀚，且星体遥遥相
隔。在天文数字上，75光年左右的距离是微不足道的，仅举几个
例子便可说明这一点。从太阳到银河系中心的距离为3万光年；
从地球到位于仙女星座的、离我们最近的旋涡星系M31的距离为
200万光年。我们现在所看到的M31的星光向地球出发时，地球上
还没有出现进化成现代人的人类祖先；而从地球到最远的类星体
需要80～100亿光年，我们现在所看到的是它们在地球凝聚之前、
在银河系形成之前的形状。
　　这种现象并非仅仅局限于天体，只不过由于天体相距非常遥
远，有限的光速才显得如此重要而已。假如你的朋友站在房间里
3米外的另一头，你用眼看她时，你所看到的并不是“现在”的
她，而是 1／亿秒“以前”的她[（3米）／3 ×108米／秒＝1
／（108 ／秒）＝10-8秒，即1％微秒。在这类计算中，我们
只要用距离除以速度就得到了时间]。你的朋友的“现在”与1／
亿秒以前的差别微乎其微。谁也不会去注意这点变化。相反，如
果我们观察一个80亿光年以外的类星体，我们所看到的是80亿年
前的它，这一事实可能就非常重要了（例如，有人认为类星体可
能是只发生在星系早期历史的爆炸事件中。如果真是这样，那么
星系离我们越远，我们观测到它的历史就越早，它也就越可能是
类星体。当我们遥望50亿光年以上的距离时，类星体的数目确实
在增加）。
　　两艘“旅行者”号宇宙飞船目前正以光速的万分之一的速度
飞行，它们是地球上发射的最快的飞行器。但是，它们可能要用
4万年的时间才能到达最近的恒星。那么，难道就没有希望飞离
地球，穿过惊人的遥远的旅程到达半人马星座比邻星吗？此外，
难道就无法达到光的速度了吗？光速的奥秘究竟何在呢？我们不
能飞得比光速更快吗？
　　例如你在19世纪90年代里去过意大利迷人的托斯堪乡下，你
或许会在通往帕维亚城的大道上碰到一位留着长发的、中途退学
的中学生。他的德国老师对他说过，他绝不会有任何成就，他提
出的问题破坏了课堂纪律，他最好还是退学。于是，他离开了学
校，漫步在乡间的大道上。在意大利北部的自由天地里，他反而
能够思索那些与在纪律严明的普鲁士课堂中被强行灌输的、来不
及消化的各种课程相差甚远的事情。这个青年学生名叫阿尔伯特
·爱因斯坦，正是他的沉思默想改变了整个世界。
　　伯恩斯坦的科普著作《自然科学通俗读物》使爱因斯坦爱不
释手。书的第一页就描述了电流通过导线以及光通过空间的不可
思议的速度。他不禁想到，假如能以光的速度运动，世界将会是
什么模样呢？一个10多岁的孩子，走在乡间阳光绮丽的小道上，
竟然会想到以光速旅行，这是多么迷人、多么不可思议的想法啊！
假如以光的速度旅行，你是不会感到在运动的。如果开始时你从
光的波峰上出发，那么在旅行的过程中你会觉得一直在这波峰上，
完全不会意识到它是波动的。倘若以光速旅行，就会出现这种怪
事。爱因斯坦对这类问题想得越多，就越是摸不着头脑。如果真
能以光速旅行，好像到处都会出现矛盾。人们往往不加仔细地推
敲，就把某些说法当成真实的。爱因斯坦提出的这些简单问题，
早在几个世纪之前就应该想到。例如，我们说两件事情同时发生，
究竟指的是什么意思呢？
　　让我们设想一下我骑着一辆自行车向你奔去的情景。当我接
近一个十字路口时差点撞上一辆马车，为了避免相撞，我赶紧转
弯。让我们再把这一事件细细地体会一下，并设想一下马车和自
行车都以接近光速的速度行驶的情景。如果你站在路上，马车行
驶的方向与你的视线垂直。通过阳光的反射，你看见我向你骑来。
难道我的速度不该叠加到光速上，我的影像不是要比马车先到达
你的眼睛吗？难道你不是在看到马车之前就看到我转弯吗？从我
的角度，而不是从你的角度看，马车和我会同时到达十字路口吗？
我会不会几乎和马车相撞？在你看来，我是否无缘无故地转弯，
并兴高采烈地朝芬奇城骑去呢？这些都是奇怪而又微妙的问题。
它们向一切显而易见的常情提出了挑战。有理由相信，在爱因斯
坦之前没有人想到过这类问题。正是从这些基本的问题出发，爱
因斯坦才对整个世界进行了彻底的再认识，从而导致了物理学上
的一场根本变革。
　　要想认识世界，要想在高速运动时避兔上述逻辑上的矛盾，
肯定存在某些我们必须遵循的自然规律。在爱因斯坦的狭义相对
论中，他总结了这些法则。一个物体发出的光（不管是反射还是
发射出来的），不论这个物体是处于运动状态还是处于静止状态，
光的运动速度都是相同的。就是说，不能把物体的运动速度叠加
到光速上。此外，任何物体的运动速度都小于光速，即不能以光
速或大于光速的速度运动。在物理学上，没有任何事物阻碍你以
尽可能接近光速的速度运动，即可达到光速的99.9％，但无论人
们如何想方设法，都绝对不可能再获得最后的0.1％的速度。既
然从逻辑上讲世界是协调一致的，那么就必定存在一个速度极限。
否则就可以通过增加运动物体的速度来达到任何想要达到的速度
了。
　　本世纪初，欧洲人普遍相信存在不受一般法规制约的特殊参
照系：德国、法国或英国的文化和政治结构比其他国家好；欧洲
人比殖民地国家的人优越，他们受统治是他们的福气。阿里斯塔
恰斯和哥白尼思想在社会和政治上的应用遭到反对和藐视。但是
年轻的爱因斯坦在物理学上反对特殊的参照系，在政治上同样反
对这种优越感。他认为，宇宙中充满了星体，这些星体在各个方
向上匆忙地奔驰着，没有任何处于“静止”的地方。在对宇宙的
观测上也不存在一处优于另一处的问题。这就是相对论一词的含
义。相对论乍看起来很玄乎，其实很简单：就宇宙而言，没有什
么地方比其他地方更优越。不论由谁来描述，自然规律都应是一
致的。如果自然规律具有不变的一致性，那么认为我们这个小天
地在宇宙中有什么特殊之处，就是令人费解的逻辑了。因此可以
得出结论，人们不可能以超光速的速度运动。
　　我们之所以能听到鞭子抽动的噼啪声，是因为鞭梢以大于声
速的速度运动。从而产生一种冲击波，产生一个小小的声响。雷
声的道理也与此类似。人们曾经认为飞机的速度不能大于声速，
但如今超音速飞行却是极平常的事。但是，光障和声障不同，它
不仅仅是一个技术上的问题（像超音速飞机所解决了的技术问
题），而是如同万有引力一样）是一个基本的自然规律问题。在
人类的历程中，还没有任何现象（包括鞭响和雷声）能在真空中
以大于光速的速度运动。相反，人们的普遍经历（包括核子加速
器和原子钟）都精确地、定量地符合狭义相对论。
　　同时性的问题适用于光，但却不适用于声，因为声音是通过
某种物质媒介，通常是空气传播的。当你的朋友在谈话时，到达
你耳朵的声波是空气分子的运动，然而光却可以在真空中传播。
空气分子要运动需要一定的条件，真空中不具备这样的条件。太
阳光能够穿越宇宙空间照射到我们身上，但是无论我们如何仔细
地倾听，也不可能听到太阳黑子的爆炸声，或者听到太阳闪光的
轰鸣。在相对论学说创立之前，人们一度认为光的传播是通过一
种特殊的、充满宇宙空间的介质--以太。但是，著名的迈克尔逊
-莫雷实验证明，根本不存在以太这种物质。
　　我们有时会听说某种事物能运行得比光还快，特别常提到的
是所谓的“思维速度”。这是一种格外愚蠢的说法，因为思维的
脉冲通过脑神经细胞的速度并不比一辆驴车快多少。人类聪明到
能够提出相对论，这只说明我们有高超的思维能力，但并不能因
此吹嘘，说我们的思维速度有多么快。不过，计算机的电子脉冲
速度倒确实与光速相差无几。
　　20几岁的爱因斯坦创立了完整的狭义相对论学说，经过各种
实验的检验证明是正确的。将来，或许有人能提出一种普遍适用
的学说，既防止同时性一类的矛盾，避免了特殊参照系，又能允
许超光速的运动，但我对此十分怀疑。爱因斯坦提出不可能超过
光速运动的见解可能很不符合常识，但在这个问题上，为什么非
得要相信常识呢？为什么我们1小时走10公里的经验应当包含1秒
钟运动30万公里的自然规律呢？相对论确实限定了人类能力的极
限，然而，宇宙并非一定要与人们的愿望相适应。狭义相对论排
除了我们的飞船以超光速的速度飞往星球的可能性，但却展示了
另一种未曾预料到的诱人的方法。。
　　依照乔治·盖莫夫的想法，让我们设想有那么一个地方，在
那里光速不是每秒30万公里，而是一个颇为一般的数值，譬如说
每小时40公里，并受到严格的强制（打破自然规律并不违法，因
为其中毫无犯罪行为：自然界是自我调节的，它只是将一切安排
得使你无法逾越它的限制）。想象一下骑着摩托车以接近光速行
驰的情景（在相对论著作中，以“设想……”开头的句子比比皆
是，爱因斯坦称其为“思维实验”）。随着车速的增加，开始观
察附近过往的物体。当你目不斜视地注视前方时，你身后的物体
却出现在你前方的视野之内。当你以接近光速的速度奔驰时，世
界在你的眼里就会变得十分奇特，最后，你会看到正前方有一个
圆形的小洞，世上的一切都被装进了这个小洞。在静止的观察者
看来，当你离开时从你身上反射的光呈粉红色，而当你返回时却
呈现蓝色。假如你以近于光速的速度驶向观察者时，你就会处于
斑斓而奇异的色彩包围之中。通常看不见的红外光就会变成波长
较短的可见光。你会在运动的方向上受到压缩，质量增加，而时
间却变慢--一种接近光速运动的惊人结果，称为时间膨胀。但是
在同行的观察者，譬如摩托车后座上的人看来，上述现象都不会
发生。
　　狭义相对论这些独特的、初看起来令人困惑的预见是正确的。
在最深刻的意义上讲，科学的东西都是正确的，它们都取决于你
的相对运动。但是，它们是实实在在的，不是光学上的幻影。可
以用数学，大概只要一年级的代数就能简单地表述出来，因此任
何受过教育的人都不难理解。此外，许多实验也证明了其真实性。
与静止的钟相比，置于飞机上的十分精确的钟会少许变慢。核子
加速器都是按照质量随着速度的增加而增大的原理设计的，否则，
被加速的粒子就都会撞到加速器的壁上，这样就无法进行核物理
实验了。速度等于距离除以时间。由于在接近光速时不能像我们
日常所习惯的那样简单地进行速度的叠加，我们熟知的所谓绝对
空间和绝对时间的概念，即与你的相对运动无关的概念就必须扬
弃了。这就是身体受到压缩的原因，也是产生时间膨胀的原因。。
　　以近于光速的速度运动，你会青春常在，而你的朋友和亲属
则照例会衰老。因此，当你从这种相对性的旅行返家时，你的朋
友和亲属已老了几十岁，而你却一点都未变老，这是多么大的差
别啊！由此看来，以近光速旅行倒是一种长生不老之药。因为时
间在接近光速时变慢，相对论提供了一种到星球去旅行的方法。
但是，从实际的技术角度看来，接近光速的旅行可能吗？能造出
这样的星际飞船吗？
　　托斯堪不仅仅是年轻的爱因斯坦某些思想的发源地，它也是
另一位伟大的天才达·芬奇的故乡。达·芬奇比爱因斯坦早400
多年，他很喜欢爬上托斯堪山，从山顶俯瞰大地，就像一只翱翔
的鸟。他最早从高空画出了青山绿水、城镇要塞的远景画。达·
芬奇兴趣广泛、多才多艺，他爱好绘画、雕刻、解剖学、地质学，
也爱好自然史、军事和土木建筑工程，他最喜好的是设计和制造
一种能飞的器械。他绘制了草图、制作了许多模型，并造出了实
际的样机，但是没有一架能飞起来。当时，功率强、重量轻的发
动机尚未问世，他当然不会成功。但他的构思却极为巧妙，给后
来的工程师以很大的启迪。一次又一次的挫折使达·芬奇非常沮
丧，但那时是15世纪，又怎么能怪他呢？
　　1939年发生了另一件类似的事情，英国的一批工程技术人员
成立了一个星际学会，他们设计了一艘载人登月的飞船。当然，
他们在当时的技术条件下所设计的飞船与30年后完成登月飞行的
“阿波罗”飞船无法相提并论，但这件事至少表明，登月飞行总
有一天在技术上会成为现实。
　　如今，已经初步设计出载人去恒星的星际飞船。所有设想的
这类星际飞船都不是直接从地面发射，而是在地球轨道上建造、
并从地球轨道上发射的。有一个计划是以猎户星座命名的，称为
猎户星计划，意思是飞船的最终目标是猎户星座的恒星。这个计
划的设计思想是对着一块惯性极进行氢弹爆炸，通过爆炸产生推
动力，像是一艘巨大的空中核摩托艇。从技术上来看，猎户星计
划似乎是完全可行的。当然，它会产生大量的放射性碎片，但星
际飞行是在广阔无垠的行星或恒星之间进行的。十分遗憾的是，
在签订了禁止高空核爆炸的国际条约后，美国放弃了对猎户星计
划的认真研究。制造猎户星星际飞船是我所能想到的利用核武器
的最好方法。
　　最近，英国星际学会提出了戴达罗斯计划。它是以核聚变反
应堆为基础的，核聚变反应堆是一种比现有的核电站所采用的核
裂变反应堆更安全、更有效得多的反应堆。我们现在尚未造出这
种反应堆。但他们深信，再过几十年肯定会制造出来。猎户星计
划和戴达罗斯计划的飞船速度只有光速的1／10。 因此，要到达
距我们最近的半人马座α星（4.3光年），只需要43年的时间，
这比人的一生短，这种飞船的飞行速度与光速的差距还很大，相
对论所阐明的时间膨胀原理还不会明显地显示出来。尽管我们希
望现在就可以建造猎户星飞船，但根据对技术发展的最乐观估计，
在21世纪中期之前，不大可能造出猎户星飞船、戴达罗斯飞船，
或者与它们类似的飞船。
　　要到最近的恒星以外去旅行，还有其他的问题必须解决。也
许，猎户星飞船和戴达罗斯飞船可以作为多代飞船，那些到达另
一颗恒星的卫星上的人可能是几世纪前出发的人的遥远后代。也
许将会发明一种安全的冬眠方法，将宇航员冷冻起来，使他们处
于休眠状态。经过若干世纪后再使他们重新复苏过来。与接近光
速的星际飞船相比，这些非相对论性的星际飞船虽然造价可能极
其昂贵，但在设计、建造和使用上看起来较为容易。只要进行不
懈的努力，人类是可以到达其他恒星世界的。
　　进行高速的星际飞行--以接近光速航行，不是经过100年，
而是要经过1000年，甚至1万年的努力才能达到的目标，但在原
则上它是可能的。R·W·巴萨德提出了一种冲压喷射飞船的设计
方案，利用冲压喷射的方法把太空中弥散的物质，主要是飘浮在
星体之间的氢原子，聚集到冲压喷射发动机后，再从发动机尾部
喷射出去。这些氢原子既用作发动机的燃料，又是聚变反应的物
质。但是在宇宙空间的深处，每10立方厘米（相当于一串葡萄的
体积）大约只有一个氢原子。要使冲压喷射发动机正常工作，发
动机前部的漏斗形接纳口直径需要几百公里之大。当飞船达到相
对论原理所需的速度时，氢原子相对于飞船就会以接近光速运动。
假如不采取足够的预防措施，宇宙飞船和宇航员就会被所诱发的
宇宙射线所焚灭。已经提出的一种解决办法是利用一个激光器把
星际间飘浮的原子中的电子剥离出来，并在原子尚未靠近飞船时
使它们变成带电的粒子，再用一个极强的磁场使带电粒子直接吸
人漏斗形进口，而不与飞船的其他部分接触。不过在技术上人类
目前还做不到这一步。我们现在所谈论的还只是小型发动机。
　　但是，还是让我们来设想一下这种飞船。我们知道，地球以
某种力吸引着我们，当我们从空中下落时，就会受到加速作用。
假如我们从一棵树上掉下来--我们的始祖一定有过这种经历，我
们的降落速度会越来越快，每秒钟增加大约10米（或约32英尺）。
这样的加速度称为1g，它表示地球的吸引力。在一个重力加速度
（1g）的情况下，我们不会有任何不适的感觉，因为我们一直就
生活在一个重力加速度的环境中。假如我们生活在一艘星际飞船
中，飞船的加速度也是1g，那么我们对飞船的环境也会完全适应。
实际上，地球的引力与同样加速度的飞船中所感觉到的力是等价
的，这正是爱因斯坦后来提出的广义相对论的重要特征。以一个
重力加速度的速度不断增加下去，我们在宇宙空间航行一年以后，
速度就会接近光速[（0.01公里／秒2×3×107秒）＝3×105
公里／秒]。
　　假定有这样一艘飞船，以1g的加速度加速，越来越接近光速，
一直到航程的中点，然后反过来以1g的加速度向预定的目标减速。
这样，在飞船的大部分航程中都将以近于光速的速度飞行，因而
时间将大大减慢。一个最近的飞行目标是可能有行星的巴纳德恒
星，距地球约6光年。那么照飞船上的时钟计算，大约8年的时间
就可到达巴纳德恒星；到银河系的中心需要21年；而到达仙女星
座的M31星体则需要28年的时间。当然，对地球上的人来说情况
是截然不同的。到达银河系中心，对飞船上的人来说只用了21年，
但在人世间，时间已经流逝了3万年，因此当我们返家时，前来
迎接的将都是些陌生的面孔。原则上，这样一种旅行是以更接近
光速的速度进行的，因此只需要大约56年的飞船时间就可以环绕
已知的宇宙飞行一圈。返回地球时，人间已过了几百亿年，地球
早已变成一片焦土，太阳也已混灭。高度发达的文明能够乘相对
论式的飞船进人宇宙，但也只限于参加宇航的人，而且他们无法
以超光速的速度发出信息，与地面上的人互相联络。
　　达·芬奇的飞机模型不能与现代的超音速飞机同日而语，而
人们现在设计的猎户星飞船、戴达罗斯飞船以及巴萨德的冲压喷
射飞船更不能与将来实际的星际飞船相提并论。尽管如此，只要
我们不自我毁灭，我相信总有一天我们会成功地飞向其他星系。
即使我们的太阳系已探索尽了，还有其他星系的行星在向我们召
唤。
　　空间旅行与时间旅行二者是相互关联的。只有能迅速地进人
未来，我们才能快步进人空间旅行。但过去了的时间怎么样呢？
我们能够返回过去，并改变它吗？我们能够使历史事件改变其模
样吗？我们始终在向着未来迈进，但却是慢吞吞地，一天一天地
走向未来。靠相对论式的宇宙飞船，我们可以迅速地飞向未来。
不过许多物理学家认为，返回过去的飞行是不可能的事。他们认
为，即使有某种飞行器能在时间上向后飞行，那也无济于事。因
为假如你能进人过去，而又不与你的父母相遇，那么你自己又是
从何而来的呢？这就是一种矛盾了，因为你明明已经在于现世了。
就像证明2的平方根是无理数一样，也如同讨论狭义相对论中的同
时性一样，这是一个前提有问题的论证，因为其结论显得很荒唐。
　　另有一些物理学家则认为，两种互不相容的历史，两种同样
实在的事实可以并行不悖。一个是你所了解的，而另一个则是你
尚未出生时的。尽管我们只能经历其中的一种历史、一种事实，
但时间本身或许是多维的。假如你能退回到过去，并能改变过去，
譬如劝说伊莎贝拉女王不要支持哥伦布，那么历史事件的顺序就
完全改变了，而随后的发展则难以知晓了。假如这类时间上的倒
转旅行是可能的，那么在某种意义上说，任何所能设想的历史变
迁就都可能出现。
　　历史在很大程度上是各种社会、文化和经济力量错综复杂的
交织，不容易-一阐明。不断发生的无数细小而又难以预料的偶
然事件，一般说来并没有什么深远的影响，但是在重大关头发生
的某些小事件却可能改变历史的面貌。在某些情况下，某些相对
很平凡的事件可能会引起深刻的变化。这样的事件距现在越久远，
其影响也越加强大有力，因为时间杠杆也就变得越长。
　　小儿麻痹症的病毒是一种极小的微生物，我们每天都要接触
成千上万个这种微生物。所幸的是，只有极少数的场合，它们才
会侵入人体，引起这种可怕的疾病。美国的第32任总统F·O·罗
斯福就得过小儿麻痹症。这种疾病会削弱人的意志，也许正因为
如此，才使罗斯福比较同情受压迫者，也许正因为这种疾病，才
促进他为成功而奋斗。假如罗斯福具有另一种个性，或者如果他
从来就没有当总统的欲望，那么30年代大萧条、第二次世界大战
和核武器发展的结局可能会大不相同，世界的面貌就可能大大改
观，然而，一个病毒是微不足道的，直径只有百万分之一厘米，
几乎是可以忽略的。
　　另一方面，如果时间可以倒退，我们能够劝说伊莎贝拉女王
相信，哥伦布根据埃拉托色尼地球是圆形的估计所提出的地理见
解是错误的，哥伦布就永远到不了美洲。同样可以肯定的是，在
几十年内会有其他欧洲人向西航行，并发现新大陆。航海技术的
进步、香料贸易的诱惑以及欧洲各强国之间的竞争，导致在1500
年左右发现美洲成为不可避免的事件。当然，如果不是哥伦布发
现了美洲新大陆，就不会有今天的哥伦比亚州或哥伦比亚特区，
也不会有俄亥俄州和哥伦比亚大学。但是，即便如此，整个历史
的进程仍然会相差无几。要想深刻地影响未来，时间旅行者恐怕
要介入一些经过仔细选择的事件中，才能改变历史的面貌。
　　探测不曾存在过的世界只是一种可爱的幻想。不过通过这种
探测，我们却能更好地了解历史的进程，历史也能变成一门实验
科学。假如在历史上，像柏拉图、保罗教皇或彼得大帝这类举足
轻重的人物从未出现过，我们的世界可能会是另一番景象。如果
古希腊爱奥尼亚的科学传统能保存下来并繁荣兴旺，当今的世界
又会变成什么样子呢？那种传统若要幸存，将要求当时的各种社
会力量具有不同的观点——包括曾经盛行的、认为奴隶制是自然
的、合理的观点。如果在 2500年前照亮地中海东部的曙光没有
消逝，世界又将是怎样一种景象呢？假如在工业革命前的2000年
中，人们一直尊重科学和实验，崇尚手艺和技艺的传统能得到发
扬，世界又会是什么景象呢？如果人们更广泛地采用这种有效的
新的思维方式，其结果又如何呢？有时我不由得想到，如果照上
述情况发展，我们可能会节省一二十个世纪，达·芬奇的贡献也
许要提早1000年，而爱因斯坦的功绩可能提早500年。当然，在
那样一个迥然不同的世界中，可能不会出现达·芬奇和爱因斯坦。
许许多多事物都可能会极不相同。每次射精总有上亿个精子，但
只有一个精子能与卵细胞结合，从而产生人类的一个后代。但究
竟是哪一个精子能与卵细胞结合，在内外诸多因素中，却往往取
决于最次要、最不显著的因素。2500年前，哪怕是一件不足挂齿
的小事，如果其发生的过程不同，也不会有我们的今天，我们的
位置很可能会被无数其他的生灵所取代。
　　倘若爱奥尼亚人的思想统治了世界，那么我认为，我们——
当然是与现在不同的我们——可能早已到达其他的星球了。我们
第一艘去半人马座α星、巴纳德星、天狼星和鲸鱼座τ星的探测
飞船可能早已返回了地球。在地球的轨道上可能正在建造一支庞
大的星际飞船队，其中包括无人探测船、移民船和巨大的商船，
这些船都将航行在浩瀚的宇宙大洋之中。这些船上都可能有符号
和文字，如果我们仔细辨认，也许能认出那都是希腊文。而且在
首批星际飞船的船首符号中，可能会发现一个12面体，上面刻着
“来自地球的‘西奥多罗斯’号星际飞船”的字样。
　　在我们这个世界的时间表上，事物的进展总是有点慢慢腾腾，
我们远未做好到其他星球去的准备。但再过一二个世纪，当人类
探测完整个太阳系时，我们也许就做好了这种准备，无论在意志
上，还是在资源和技术知识上，都做好了去其他星球的准备。那
时，我们将可以去考察千差万别的其他遥远的行星系。我们将会
发现，有些行星与我们地球极其相似，而有些行星则完全不同。
我们将会知道该到哪些星球去访问。我们的飞船，我们的后代——
泰勒斯、阿里斯塔恰斯、达·芬奇和爱因斯坦的后代，将能轻易
地跨越若干光年的遥远距离。
　　宇宙中究竟有多少行星系我们还不清楚，但为数肯定不少。
仅在我们附近就不止一个，至少有4个，即还有木星系。土星系
和天王星系。每个行星系都有各自的卫星，这些卫星的大小和跨
距都酷似环绕太阳的行星。对质量相差很大的双星的统计外推表
明，几乎所有像太阳一样的双星都应该有行星系的伴随。
　　其他恒星的行星在各自的太阳的强烈照射下，只是一个个小
光点，因而我们不可能直接看到它们。但我们却能探测出一个不
能直接看到的行星，对一个已经直接观测到的大星的引力作用。
设想有一颗星，具有很大的“自行”力，以更遥远的星座为背景
运动几十年，这颗星有一个大行星，质量与木星类似，轨道平面
恰巧与我们的视线成直角。在我们看来，当这颗暗行星位于恒星
的右边时，恒星会因引力的作用稍许向右偏移。反之则会往左偏
移。因此，恒星的运行轨道会改变或受到扰动，不是以直线，而
是以波形线运行。可以用引力振动方法确认的最近恒星是巴纳德
星，它是一颗最近的单独的恒星。在半人马座α星中，3颗星的
相互作用非常复杂，使研究其质量小的伴星变得十分困难，即使
对巴纳德星的研究也颇为费力。用望远镜观测数十载得到的照像
底片就是用显微镜也难于分辨其位移情况。人类对巴纳德星周围
的行星进行过两次这样的研究。从某种意义上说，两次都颇为成
功，表明存在两颗或两颗以上的行星，行星的质量与木星差不多，
运行在同一轨道上，其轨道半径略比木星和土星与太阳的距离小
（根据开普勒第三定律计算）。但遗憾的是，这两组研究的结果
看起来似乎相互矛盾。可能我们确实已经发现了巴纳德星的行星
系，但确切的证实还有待于今后的研究。
　　人们正在研究用其他的方法来探测环绕恒星的行星。其中一
种方法是人为地遮掩住其他恒星的微弱的光，即在天文望远镜镜
头前安上一个圆形挡盘，或以月亮的黑暗边缘作为挡盘，这样，
恒星旁边的行星所发出的光就能显现出来。在以后的几十年中，
我们或许就能确切地回答，离我们最近的上百个恒星中，究竟有
哪些恒星具有大行星或伴星。
　　近年来的红外观测表明，在一些邻近的恒星四周有许多可能
是形成行星之前的碟形气尘云。同时，某些理论研究也得出令人
振奋的结果，认为行星系统在银河系里是常见的现象。利用计算
机研究了被认为是导致恒星和行星形成的扁平、密集。碟形气尘
云的演变。盘状体最初凝聚形成的小块状物质，会不时地喷入云
中，块状物质在运动过程中不断吸积尘粒，当它们变得足够大时，
就会产生引力，吸引云团中的气体，主要是氢。当两块运动中的
块状物相碰撞时，计算机使它们吸积在一起。上述过程一直进行
到气尘以这种方式全部被结合完为止。结果取决于初始的条件，
尤其是气体和尘埃的密度随与云团中心距离远近而分布变化的情
况。但在一系列合理的初始条件下，会形成近似于我们太阳系的
行星系，即大约10个行星，类地（球）行星靠近恒星，而类木
（星）行星在最外圈。在其他情况下，不会形成行星，而仅仅产
生弥散的小星状体；或者在恒星附近形成巨大的类本行星；或者
一颗类木行星吸积了大量的气体和尘埃而变成一颗恒星，形成一
个双星系。似乎在整个银河系中可以发现大量各种各样的行星系，
但现在还不能完全肯定，而且我们认为，很可能所有的恒星都来
自这样的气尘云。在银河系中可能有上千亿个行星系，等待着我
们去探测。
　　这些行星中没有一个会与地球相同。看起来大多数行星的条
件都是恶劣的，只有少数几个可能是宜人的。其中许多行星的景
色将是极其美丽壮观的。在某些行星上，白天会有许多太阳在天
空照耀，夜晚则有许多月亮倾泻着银光，或者在地平线上咆哮着
巨大的粒子环。一些月亮可能离行星很近，以致它们的卫星高挂
在大空，遮住了半边天际。某些行星可能看起来像巨大的气状星
云，它们是以前一颗普通恒星毁灭后的残迹。在所有这些世界的
天空中充满了遥远的外来星座，其中可能会有一个暗黄色的恒星，
一颗用肉眼观察不到的、只有用望远镜才能看到的恒星，它是探
测银河系这一小小区域的星际飞船队的发源地。
　　如前所述，空间和时间是互相缠结的。行星和恒星也和人一
样，有出生、成长和消亡的过程。人的寿命一般只有几十年，而
太阳的寿命则比1亿年还长。与一颗恒星的寿命相比，我们就好
比蜉蝣一样，朝生暮死，不到一天就结束了生命。在这种短命的
生物看来，人类是迟钝的、令人厌倦的、几乎不动的、几乎什么
事情也不做的。而在恒星看来，人生不过只是短暂的一瞬，只是
亿万短暂生命的一员，虚弱地挣扎在一个由硅酸盐和铁组成的酷
寒而又坚硬的、极其遥远的星球表面上。
　　在宇宙所有的行星上，无时无刻不在发生着各种事件，它们
决定着行星的未来。而在我们这个小小的星球上，此时此刻正处
在一个历史的转折关头，不亚于 2500年前古爱奥尼亚科学家所
面临的转折。我们今天的所作所为将影响到若干世纪，并在很大
程度上决定我们子孙后代的命运。如果星球也有命运的话，也将
影响到它们的归宿。


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心事浩茫连广宇,于无声处听惊雷

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