“值此苦旅，以抵群星”

原创 naive理想国播客 理想国imaginist

电影《沙丘》

从《2001太空漫游》到《星际穿越》，从《沙丘》到《三体》，很多科幻作品都讲述了人类在宇宙中穿梭的故事，太空旅行也一直都是人类共同的梦想。

1977年，人类发射了两枚无人探测器——旅行者1号（Voyager 1）和旅行者2号，旅行者姐妹探测器承载着人类的浪漫愿景，一如“嫦娥”与“祝融”。

两台旅行者号探测器各自装载了一张金唱片，在唱片的“地球之声”章节中，包含了一段以莫尔斯电码记录的拉丁语：ad astra per aspera，意为“值此苦旅，以抵群星”。2012年，旅行者1号已经越过太阳系边界，飞往更遥远的星系。

短短一百年，人类的航空航天技术飞速发展，与此同时，也涌现出众多杰出的物理学家，他们代表人类去发现探索更多不为人知的世界。

今天我们邀请到了两位嘉宾，和大家聊一聊人类究竟能在宇宙中走多远。

02:20 载人航天目前遇到的最大技术难题

10:05 马斯克和SpaceX的大胆尝试

16:52 创新只会发生在它必须要发生的地方

26:14 买张票上一次太空要花多少钱

30:02 什么时候能坐上超音速公务机

32:48 试听一下协和号飞行中的音爆

37:23 飞行汽车的可行性

39:55 为什么要花重金探索宇宙

50:02 要不要向外星发送“安全声明”，以限制自由来换取安全

01:38 可能会发展的航天技术方向

02:30 物质会压弯时空

04:22 反物质、负物质、暗物质是什么，如何找到物质

21:33 黑洞和奇点是什么，被吸进黑洞会看到什么

32:21 穿过虫洞真的可以时空穿越吗

42:14 物理理论如何被证明

45:47 最微观和最宏观的事物，规律是相同的

52:33 越简单的理论越值得玩味

56:31 宇宙的终点会是什么

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本期嘉宾

卢西

知乎知乎航空航天类荣誉答主

航空动力工程师

从事喷气式客机客舱研发工作

郭彦良

奥地利因斯布鲁克大学量子物理实验中心博士后研究员

研究方向是量子物理

我们整理出5个你可能感兴趣的问题

更多答案要在播客中寻找

Q1 以目前最尖端的技术而言，科幻片中的星际旅行可行吗？

Q2 马斯克的SpaceX有多疯狂？

Q3 什么是反物质、负物质、暗物质？

Q4《三体》中的曲率驱动引擎的（Warp Drive）科学依据是什么？

Q5 曲率引擎几乎无法实现，那什么样的推进器更容易实现？

马斯克，一个梦想家的故事

Q1

以目前最尖端的技术而言，科幻片中的星际旅行可行吗？

卢西 ：是不太可能的。假设我们要去火星，会面临着非常多的技术难题，相对于普通的航天器来说，载人的航天器要考虑人的消耗，可以说，人是整个载人航天中最弱的环节，尽管这些宇航员是最强大的人类。

在飞往火星的过程中，宇航员跟地球的交流会有几十分钟的延迟，没有办法进行实时沟通，人类没有过这样的训练，我们不知道一个宇航员在这种情况下会有什么样的心理的变化，会不会导致处理事情的能力和判断力下降。人类有类似“练兵”的项目，比如NASA的重返月球项目，想让宇航员在月球待得更久一些，但是月球离着地球还是比较近的，对这个宇航员的心理上影响是不太一样的。

另外，航天器的空间和重量都是非常宝贵的。想象一下一个人隔离在一个屋子里，需要很多吃的喝的，一年之后会堆满整个屋子。

一个超级大的火箭，有2000~3000吨，起飞的时候其实绝大部分重量都是第一级火箭的燃料，大概在两分钟以后全都烧光了，如果想在火箭上再增加一点重量的话，比如再增加一个宇航员和所需要的设备，下面会需要超级多的燃料，到了预定的轨道之后，想要让火箭飞得更远，有足够的推力，还会需要更多的燃料。

图源SpaceX官网

现在有一个解决方案是，先发一个飞船到轨道上，然后再发一个“加油机”上去，这个“加油机”只有燃料，然后把燃料再加给飞船，飞船可以到达更远的地方。当然升空项目中还有一个问题是怎么回来。在地面上我们有各种设备去维护火箭、加装燃料......可是飞到其他星球上是没有这种基地的。

现在有一个idea，火箭上装载的是燃料和氧化剂，氧化剂我们可以用氧气，如果一个星球上有水，我们可以通过电解制氧；用化石燃料不太可能，我们可以用甲烷，甲烷在其他星球上并不是那么不可思议的事情，所以现在甲烷燃料的火箭是一个新的趋势，比如SpaceX和Blue Origin （蓝色起源）做的新的火箭都是用甲烷燃料的。

Q2

马斯克的SpaceX有多疯狂？

卢西 ：SpaceX从创始到现在，他们提出过非常多让技术人员觉得匪夷所思的方案，但是最终却一个个都成真了。

以现在SpaceX的技术路线看，去火星还是存在可能性，但是几乎只能是单程票，往返是不可能的。

他们设想的火星计划火箭非常疯狂，最开始他想用不锈钢做箭体，不锈钢重量很大，强度也不是特别好，所以在航空航天领域不锈钢几乎是看不到的，铝合金是最常见的，然后是钛合金或者碳纤维，火箭在进入火星的过程中，需要隔热层保护自己不解体，铝合金是很难达到这个水平的，需要在铝合金外再加一个隔热层，非常的重且贵，也很复杂。

所以他们设想，在进入火星的时候，液态甲烷燃料会像出汗一样，附着在箭体表面，热量会让液态甲烷快速蒸发，蒸发的过程把热量都吸收掉了，就不用隔热层了，后来非常遗憾他放弃了这个非常创意的想法。

猛禽发动机 图源SpaceX官网

SpaceX 在它自己的技术路线上做了非常多疯狂的事情。除了回收火箭以外，还有就是火箭“星舰”用的发动机——猛禽发动机，它用了一个所有人都知道效率最高的、但非常难实现的方式，NASA也做了很长时间的研究但是没有一个成型的产品，但是SpaceX最后实现了。

这家公司创新模式非常不一样，不一样在哪里？比如说造一台火箭发动机，就需要有测试场地，火箭发动机测试是非常昂贵的，试生产的成本也很高。但SpaceX 就用更多的模拟来减少测试，市面上没有一个可以满足的模拟软件，于是他就自己去做了这样的软件，做一个模拟的软件的成本要低于在实验场测试火箭的成本，所以这就非常的新颖。与其用效率不高的老技术，不如冒更大的风险，用全新技术，这就是他的路线。

《星际穿越》中，令人心碎的秘密都在这里

Q3

什么是反物质、负物质、暗物质？

郭彦良：原子核中质子带正电的，电子带负电，反物质恰恰相反，它的质子带负电，电子带正电。第一次发现反物质是反氢原子，当反氢原子和氢原子合在一起的时候，发生了湮灭反应，反氢原子和氢原子合在一起没了，它留下什么？留下了特别多的能量。用爱因斯坦质能方程来看，E=mc⊃2;中m代表质量，质量没有了，全都转化成了能量。

有足够的反物质，当它和正物质湮灭的时候，产生的能量是非常巨大的，所以在《三体》里面设定的反物质子弹就很厉害。但我们没有那么多反物质，这也是我们能稳定存在有一个原因。

@中科院中国科普博览 电影《天使与魔鬼》中，仅仅0.25g的反物质就足以将梵蒂冈从地球上抹去；《星际迷航》中的飞船借助物质与反物质湮灭产生的强大推力来达成超光速的飞行

负物质的质量是负的，但是质子照样是在正电，电子照样是在负电。它有点“贱”，你一推他他反而朝着你来，它拥有负能量。

暗物质的质量是正的，也是质子带正电，电子带负电，但是它不参与任何电磁反应，甚至它可能都没有电子，也就是说它不发射任何可见光和不可见光，所以你看不见它，你也不能用激发的方式来探测它。但它是存在的，因为科学家可以通过天体的轨迹来判断它的中心是不是有天体，或者说有多大质量的天体。

Q4

《三体》中的曲率驱动引擎的（Warp Drive）科学依据是什么？

郭彦良：爱因斯坦提的广义相对论，我们可以简单理解为，整个时空会因为不同质量的物体被压弯。就像是我坐在蹦蹦床上，蹦蹦床就会被压弯，这个时候如果你坐在我旁边，你就会受到一个力，这个力就会使得让你朝向我。

太阳就像一个很大质量的物体坐在那了，然后出现了一个陡坡，地球正好在旁边的一个位置旋转，再以切线方向运动，这个时候它受到中间的引力，就会使得它一直在一个轨道上旋转。

曲率驱动引擎它讲的是什么东西呢？假设有一个飞船，飞船的前面有一个很大质量密度很高的物体把时空压弯了，就好比你前面是一个悬崖，你就站在这个悬崖的坡上，下面很陡，然后背后还拖着一个小山包。

为什么我后面会出现一个山包？后面这个东西是负物质，质量是负的。就比如说我坐在蹦蹦床上，蹦蹦床被压弯了出了一个洞，但如果我的质量是负的，就相当于对蹦蹦床有个拉力，它就会被揪起来。

在宇宙中行驶不能超过光速，想要做出这种超过光速的曲率引擎，前面需要一个类似黑洞的东西，因为像黑洞这样密度无限大的物体，它所压弯的时空甚至可以让光都无法逃逸出来，依靠空间曲率的改变，使得这个飞船有很大的加速。但真的很难，无论是负物质还是反物质，都很难发现、制造和保存。

Q5

曲率引擎几乎无法实现，那什么样的推进器更容易实现？

郭彦良：反物质推进器，或许可以试试，就像前面说的，有足够的反物质，当它和正物质湮灭的时候，产生的能量是非常巨大的。

还有一种是离我们会稍微近一点、可实现的就是核聚变推进器。大家可能听过“核聚变”和“核裂变”这两个词，什么叫核聚变、核裂变？比如说两个氢原子合成一个氦，合到一起了，这个叫核聚变，核裂变就是一个氦，分裂成两个氢。

核电站和核潜艇利用的是核裂变产生的能量，现在我们能够大概控制核裂变，还会有一些核污染，而核聚变核污染会少很多，能产生更多更大的能量，远远高于核裂变，太阳表面之所以有那么高的温度和能量，就是因为核聚变。核聚变所需要的氢（包括氕氘氚），其实在海洋里边就有很多，所以元素是可以提取的，关键是怎么样能够达到可控。

原子弹靠核裂变，氢弹靠核聚变，引爆氢弹需要上千万甚至上亿度的高温，所以要引爆一颗氢弹，先要依靠一个原子弹的引爆，然后使温度达到这么高，再引爆氢弹。可控核聚变是很难达到的，如果我们能做到可控核聚变，这种突破就相对于从马车到蒸汽火车的另一次工业革命。

一个是反物质的推进器，还有一个核聚变推进器，就是未来在理论上可能可行的一个方向。

原标题：《“值此苦旅，以抵群星”》

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