據(jù)英國(guó)廣播公司（BBC）近日?qǐng)?bào)道，目前人類最快的飛行速度為39897公里/小時(shí)，這一紀(jì)錄已保持了46年，那么，它什么時(shí)候會(huì)被打破呢？人類最終能以多快的速度遨游太空？

　　人類自誕生之日起，就執(zhí)著于追求更快的速度，文學(xué)名著中也不乏這方面瑰麗而浪漫的描述，最典型的就是中國(guó)古典名著《西游記》中“孫悟空一個(gè)筋斗云十萬(wàn)八千里”的橋段。

　　當(dāng)然，現(xiàn)實(shí)生活中也充滿了各種最快速度的紀(jì)錄。據(jù)媒體報(bào)道，今年7月，一輛由德國(guó)學(xué)生研發(fā)的電動(dòng)汽車的測(cè)試結(jié)果顯示，從0加速到62英里/小時(shí)僅需1.779秒，創(chuàng)造了全球電動(dòng)汽車最快的加速度紀(jì)錄，而此前技術(shù)最先進(jìn)的特斯拉Model S從0加速到60英里/小時(shí)需要2.8秒。

　　另?yè)?jù)英國(guó)《每日郵報(bào)》今年6月報(bào)道，美空軍透露，他們希望在2023年前研發(fā)出5倍多音速的高超音速飛機(jī)。這種飛機(jī)的速度高達(dá)6100公里/小時(shí)，從倫敦到紐約不超過(guò)1小時(shí)。只不過(guò)，這種飛機(jī)設(shè)計(jì)為非載人式，但不載人并非因?yàn)槿梭w無(wú)法承受如此快速的飛行，實(shí)際上，人類此前就已經(jīng)以超過(guò)5倍多音速的速度飛行過(guò)。

　　那么，人類的飛行速度是否存在某種極限呢？造成這一極限的癥結(jié)又是什么呢？

　　現(xiàn)有紀(jì)錄已岌岌可危

　　目前，人類的飛行速度紀(jì)錄由美國(guó)國(guó)家航空航空局（NASA）參與“阿波羅10號(hào)”探測(cè)任務(wù)的三位宇航員所保持。1969年，“阿波羅10號(hào)”從發(fā)射起點(diǎn)抵達(dá)太空終點(diǎn)旅行時(shí)的速度高達(dá)39897公里/小時(shí)。世界最大的國(guó)防工業(yè)承包商、世界級(jí)軍火“巨頭”美國(guó)洛克希德·馬丁公司的吉姆·布瑞說(shuō)：“我認(rèn)為100年前，我們可能無(wú)法想象人類能以超過(guò)40000公里/小時(shí)的速度行進(jìn)。”

　　“但我們或許很快就能打破這個(gè)紀(jì)錄?！辈既鹫f(shuō)。他是NASA“獵戶座（Orion）”載人飛船乘員艙的負(fù)責(zé)人。這種新型飛船旨在將宇航員送入低地球軌道，它將非常有希望突破此前已保持46年之久的人類飛行速度紀(jì)錄。

　　根據(jù)目前的計(jì)劃，NASA正花大氣力研制的新型運(yùn)載火箭“太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）”計(jì)劃于2023年將“獵戶座”飛船送往太空，屆時(shí)它將搭載宇航員訪問(wèn)一顆此前已被拖入月球軌道的小行星，未來(lái)還將承擔(dān)起將人送往火星的任務(wù)。

　　現(xiàn)在，設(shè)計(jì)師們估計(jì)，“獵戶座”飛船的常規(guī)速度可以達(dá)到3.2萬(wàn)公里/小時(shí)。不過(guò)，即便按照“獵戶座”目前的基本配置，“阿波羅10號(hào)”的速度紀(jì)錄都可能被打破。布瑞說(shuō)：“這是因?yàn)?，設(shè)計(jì)師們?yōu)椤C戶座’制定的‘人生規(guī)劃’使其可以完成多種不同的使命，因此，它的速度還可以大大提升，可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前規(guī)劃的速度?！?/p>

　　但即便是這一速度也不能代表人類遨游太空的速度極限。布瑞解釋道：“只有一件事能真正阻止人類飛得更快，那就是光速?！惫庠谡婵罩械男羞M(jìn)速度約為10億公里/小時(shí)，那么，我們能否安全地填補(bǔ)目前4萬(wàn)公里/小時(shí)的速度與光速之間的巨大鴻溝？

　　令人驚奇的是，這是可以做到的。因?yàn)樗俣取簿褪沁\(yùn)動(dòng)的快慢，對(duì)于我們的身體本身而言并不存在什么極限，只要我們持續(xù)不斷地朝著一個(gè)方向加速前進(jìn)就行。

　　斯蒂芬·霍金就曾經(jīng)表示，有朝一日人們有可能制造出飛行速度接近光速的飛船，理論上可以達(dá)到每小時(shí)6.5億英里，而這種飛船上的時(shí)間流逝速度則會(huì)相對(duì)較慢，因此，人們能搭乘這種飛船造訪遙遠(yuǎn)的星系，實(shí)現(xiàn)夢(mèng)寐以求的星際旅行夢(mèng)想。

　　但即便我們能克服建造出超快速飛行器的諸多技術(shù)難題，我們主要由水組成的脆弱柔軟的身體仍將不得不面臨許多與超高速行進(jìn)有關(guān)的問(wèn)題。另外，如果人類通過(guò)利用現(xiàn)有物理學(xué)的漏洞或顛覆性的發(fā)現(xiàn)而獲得超光速的速度，那么，也可能會(huì)遇到很多意想不到的危險(xiǎn)。

　　人體的耐受力是瓶頸

　　不管如何獲得超過(guò)40000公里/小時(shí)的速度，我們都必須慢慢加速到這樣的速度。對(duì)于人這種生物來(lái)說(shuō)，加速和減速過(guò)快都可能帶來(lái)致命的傷害：只要想想撞車時(shí)，車的速度在幾秒鐘內(nèi)從數(shù)百公里/小時(shí)下降到零給人體帶來(lái)的嚴(yán)重傷害，我們就會(huì)不寒而栗。牛頓也表達(dá)過(guò)這樣的概念：任何物體在不受任何外力的時(shí)候，總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有作用在它上面的外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。這一定律被稱為牛頓第一定律，也就是所謂的慣性定律。布瑞表示：“對(duì)于人體而言，勻速是好事，我們要擔(dān)心的不是速度，而是加速度?！?/p>

　　100多年前，飛機(jī)問(wèn)世，盡管飛行員可以在高速飛行中變換各種動(dòng)作，但很多飛行員后來(lái)都報(bào)告了與速度和方向改變相關(guān)的一些莫名其妙的癥狀，包括短暫的視力衰退、身體變得沉重或失重等。后來(lái)大家都知道了，造成這一現(xiàn)象的“幕后黑手”就是加速度，或者直接就用多少個(gè)g來(lái)表示，一個(gè)g相當(dāng)于地球的引力施加在有質(zhì)量的物體比如人體身上的加速度，即重力加速度，約為9.8米每平方秒。

　　引力的方向都是垂直的，從頭指向腳或相反，對(duì)于飛行員和乘客來(lái)說(shuō)，這絕對(duì)是一個(gè)壞消息。當(dāng)引力為負(fù)值時(shí)，血液從人的腳部聚集到頭部，導(dǎo)致頭部出現(xiàn)腫脹的感覺(jué)（我們倒立時(shí)也會(huì)出現(xiàn)這種情況），此時(shí)，人滿臉通紅，眼球充血。反過(guò)來(lái)，當(dāng)加速為正值時(shí)，血液從頭部蜂擁到腳部，在極端情況下，人的眼睛和大腦會(huì)缺氧，從而出現(xiàn)視力模糊等癥狀，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致完全失明，這種情況在專業(yè)上被稱為“加速度引起的意識(shí)喪失（GLOC）”。

　　一般人大約能承受從頭到腳方向5倍重力加速度帶來(lái)的影響，超出這一限度就會(huì)陷入昏迷。而受過(guò)專業(yè)訓(xùn)練并穿著專業(yè)飛行抗壓服的飛行員，則能在9倍重力加速度的影響下仍然意識(shí)清楚地操控飛行器?？偛吭O(shè)在弗吉尼亞州的美國(guó)航空航天醫(yī)學(xué)協(xié)會(huì)的執(zhí)行主管杰夫·斯文特克表示：“短時(shí)間而言，人體能承受遠(yuǎn)超9倍重力加速度的影響，但如果持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就很少有人能承受得了?！?/p>

　　如果只持續(xù)很短時(shí)間，人體可以耐受非常強(qiáng)大的加速度而不會(huì)造成嚴(yán)重傷害。目前的這項(xiàng)紀(jì)錄保持者是美國(guó)空軍上尉小艾利·貝丁爵士。在1958年的一次火箭發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)中，他的胸部加速度計(jì)顯示了82.6倍重力加速度的驚人數(shù)值，當(dāng)時(shí)他乘坐的安裝了火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的滑軌器在0.1秒內(nèi)從零加速到了55公里/小時(shí)，這導(dǎo)致他當(dāng)場(chǎng)昏迷，但清醒過(guò)來(lái)后，他發(fā)現(xiàn)只是背部有些許擦傷，這是一次對(duì)于人體耐受力的絕佳展示。

　　執(zhí)行不同任務(wù)的宇航員都曾經(jīng)受過(guò)較大的加速度：一般在發(fā)射和返回地球大氣層時(shí)，他們需要承受3到8倍重力加速度的影響。如果加速度的方向是前胸向后背的，此時(shí)的加速度基本無(wú)害人畜，因此我們可以看到，在絕大部分的飛船設(shè)計(jì)中，都會(huì)將宇航員們束縛在座椅上，使其面朝飛行方向，這當(dāng)然是非常科學(xué)的設(shè)計(jì)。而一旦飛船在軌道以2.6萬(wàn)公里/小時(shí)的速度巡航，宇航員將不再感受到速度的存在，就像我們坐在高速飛行的客機(jī)中感受不到速度的存在一樣。

　　三方案加速太空旅行

　　我們對(duì)于速度的追求帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。有可能威脅“阿波羅10號(hào)”最快速度霸主地位的新型飛船，仍然會(huì)采用久經(jīng)考驗(yàn)的基于化學(xué)推進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，自從人類第一次太空飛行以來(lái)，就一直在采用這樣的系統(tǒng)。然而這樣的設(shè)計(jì)方案在速度方面存在著嚴(yán)重的限制，因?yàn)槠淙剂闲史浅５拖隆?/p>

　　因此，為了讓人類前往火星甚至更遙遠(yuǎn)太空的飛行速度更快，科學(xué)家們意識(shí)到，他們需要另辟蹊徑，采用新的方案。布瑞說(shuō)：“今天的飛行系統(tǒng)足以將我們送到那里，但我們?nèi)匀幌Ｍ吹酵七M(jìn)系統(tǒng)出現(xiàn)一場(chǎng)變革?！?/p>

　　埃里克·戴維斯是總部位于美國(guó)德州奧斯丁的“高等研究所”的一名資深物理學(xué)家，參與了NASA在1996年到2002年間進(jìn)行的“突破性物理學(xué)推進(jìn)技術(shù)方案”的研究計(jì)劃。這項(xiàng)計(jì)劃提出了三種最具有潛力的推進(jìn)方案，這些方案基于傳統(tǒng)的物理學(xué)理論，一旦成功將可以讓宇航員實(shí)現(xiàn)星際航行。簡(jiǎn)而言之，這三種方案分別基于核裂變、核聚變以及反物質(zhì)湮滅。

　　第一種方案是核裂變，也就是分裂原子，就像在商業(yè)核電站中發(fā)生的那樣。第二種方案則是核聚變，在核聚變反應(yīng)中，核子被迫進(jìn)行聚合從而產(chǎn)生巨大的能量——給太陽(yáng)提供能量的正是這一反應(yīng)。盡管我們心急如焚，但人類目前還未能完全掌控這項(xiàng)技術(shù)。

　　英國(guó)《新科學(xué)家》網(wǎng)站在2009年12月的報(bào)道中表示，他們認(rèn)為這種技術(shù)，有可能在數(shù)十年之后實(shí)現(xiàn)。一旦科學(xué)家掌握了受控核聚變，那么他們將控制反應(yīng)中產(chǎn)生的帶電粒子，并讓它們從噴口噴射而出。從核聚變反應(yīng)堆噴出的粒子能使二級(jí)火箭的速度達(dá)到光速的12%。

　　戴維斯則認(rèn)為：“核聚變技術(shù)將在50年后變成現(xiàn)實(shí)。核聚變和核裂變這樣的技術(shù)非常先進(jìn)，但仍然是基于傳統(tǒng)的物理學(xué)法則，并且從原子時(shí)代問(wèn)世以來(lái)就已被提出，現(xiàn)在也已獲得了廣泛的證實(shí)。從樂(lè)觀的角度來(lái)看，基于核裂變和核聚變技術(shù)的推進(jìn)系統(tǒng)理論上或能將飛船的速度推到光速的10%左右，也就是約1億公里/小時(shí)。”

　　當(dāng)然，最強(qiáng)大的推進(jìn)方案是第三種，也就是利用反物質(zhì)的湮滅實(shí)現(xiàn)推進(jìn)。1928年英國(guó)物理學(xué)家保羅·狄拉克首先從理論上提出了存在反物質(zhì)的假說(shuō)，認(rèn)為存在和構(gòu)成普通物質(zhì)的基本粒子質(zhì)量相等但電荷相反的基本粒子，并有由這樣的基本粒子構(gòu)成的反物質(zhì)。僅僅4年后，這個(gè)假說(shuō)就得到驗(yàn)證。

　　物理學(xué)原理已經(jīng)闡明，當(dāng)普通物質(zhì)與反物質(zhì)相遇時(shí)，將會(huì)彼此湮滅，正反物質(zhì)的質(zhì)量將全部轉(zhuǎn)化為能量，按照愛(ài)因斯坦的質(zhì)能公式E=mc2釋放巨大的能量。就目前所知道的所有物理反應(yīng)而言，這是效率最高的，這種湮滅釋放的能量巨大，是氫氧化學(xué)反應(yīng)的100億倍、太陽(yáng)核心熱核反應(yīng)的300倍。一片阿司匹林那么大的反物質(zhì)同物質(zhì)湮滅產(chǎn)生的能量足以讓一艘飛船巡弋?dāng)?shù)百光年。據(jù)科學(xué)家測(cè)算，以反物質(zhì)為動(dòng)力，飛行器在宇宙空間中可以光速的70%飛行。而且，反物質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)的好處是反物質(zhì)的湮滅可以自發(fā)產(chǎn)生，不需要像核發(fā)動(dòng)機(jī)中的核反應(yīng)那樣需要許多條件，所以就不需要很大的反應(yīng)堆，從而減輕飛船的重量。

　　今天，粒子物理學(xué)家們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)反物質(zhì)的少量制造和儲(chǔ)存，但要想制造出有實(shí)用意義的大量反物質(zhì)粒子仍然需要等待下一代新型設(shè)備和技術(shù)的問(wèn)世，而將其轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際的飛船推進(jìn)技術(shù)，也將是對(duì)人類工程學(xué)技術(shù)的極大考驗(yàn)。另外，如此驚人的速度可能也會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生新的威脅。

　　微流星體和氫原子的威脅

　　當(dāng)飛船以數(shù)億公里/小時(shí)的驚人速度飛行時(shí)，太空中的任何微粒，從漫無(wú)目的游蕩的氫氣原子到微流星體，都將變成可能會(huì)給飛船帶來(lái)致命危險(xiǎn)的“子彈”。

　　2012年，亞瑟·愛(ài)德斯坦和父親、美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授威廉·愛(ài)德斯坦共同發(fā)表了一篇論文，探究了太空中的氫原子對(duì)高速飛船可能構(gòu)成的威脅——宇宙中的氫原子可能會(huì)變成為強(qiáng)烈的輻射。

　　他們解釋道，當(dāng)與高速運(yùn)行的飛船接觸時(shí)，氫原子會(huì)粉碎成許多亞原子粒子。這些亞原子粒子可能會(huì)穿透飛船，對(duì)宇航員和設(shè)備造成輻射傷害。當(dāng)飛船的速度達(dá)到光速的95%左右時(shí)，這樣的輻射暴露將是致命的。另外，高速飛行的飛船本身也會(huì)變得越來(lái)越熱，最終溫度高到足以將我們現(xiàn)在能想象到的任何材料融化；與此同時(shí)，宇航員體內(nèi)的水分也會(huì)沸騰，這些都會(huì)是極為棘手的問(wèn)題。

　　在2012年的這篇論文中，愛(ài)德斯坦父子提出，或許可以使用強(qiáng)大的磁場(chǎng)保護(hù)罩來(lái)保護(hù)飛船免受氫原子雨的襲擊。但即便采用了磁場(chǎng)保護(hù)罩技術(shù)，飛船的飛行速度仍然不能超過(guò)光速的一半，否則，宇航員會(huì)面臨失去生命的問(wèn)題。

　　推進(jìn)物理學(xué)家馬克·米爾斯曾經(jīng)擔(dān)任“突破性物理學(xué)推進(jìn)技術(shù)方案”的主管，他提醒道，愛(ài)德斯坦父子提到的這種高速風(fēng)險(xiǎn)目前還只是杞人憂天。他說(shuō)：“根據(jù)現(xiàn)有物理學(xué)水平，達(dá)到光速的10%就已經(jīng)很難，更不用說(shuō)超過(guò)光速的50%了，這簡(jiǎn)直是難于上青天。這就好比，在我們沒(méi)辦法下水之前，根本不必?fù)?dān)心被溺斃的問(wèn)題?！?/p>

　　除了氫氣原子之外，小型太空巖石——微流星體也會(huì)是一種威脅。這些細(xì)小的太空巖石顆粒的運(yùn)動(dòng)速度可以高達(dá)30萬(wàn)公里/小時(shí)。為了保護(hù)飛船和內(nèi)部的乘員，“獵戶座”飛船安裝了厚度從18厘米到30厘米不等的保護(hù)性外殼以及其他的保護(hù)性設(shè)備。布瑞說(shuō)：“為了保護(hù)飛船，我們必須考慮太空微流星體所有可能來(lái)襲的角度，從而做好相應(yīng)的防御措施?！?/p>

　　實(shí)際上，對(duì)于未來(lái)的深空探索任務(wù)來(lái)說(shuō)，隨著人類的飛行速度與日俱增，這些太空微流星體并非唯一的障礙。比如，在執(zhí)行火星飛行任務(wù)時(shí)，還有其他一些實(shí)際問(wèn)題必須引起重視，包括宇航員的食物供給、長(zhǎng)期暴露在宇宙射線環(huán)境下可能引發(fā)的癌癥風(fēng)險(xiǎn)等。盡管在短期太空飛行中，這些問(wèn)題可以基本忽略，但在長(zhǎng)期飛行中，我們就不能視而不見(jiàn)了。

　　星際航行能否超越光速？

　　那么，未來(lái)我們能以超光速在宇宙間遨游，體會(huì)那種大鵬一日同風(fēng)起，扶搖直上九萬(wàn)里的酣暢淋漓嗎？

　　盡管超光速目前還只是人們的一個(gè)幻想，但并非是天馬行空毫無(wú)道理的想象。其中一種名為“曲率驅(qū)動(dòng)”的黑科技就給人類帶來(lái)希望，這種技術(shù)最早出現(xiàn)在美劇《星際迷航（Star Trek）》中，最初只是一個(gè)不切實(shí)際的幻想，但1994年，理論物理學(xué)家米給爾·阿庫(kù)別瑞提出了以他本人的名字為名的“阿庫(kù)別瑞引擎”，使超光速航行變得可能。

　　阿庫(kù)別瑞提出，理論上，宇宙飛船裝上這種能令前方空間收縮、令后方空間膨脹的曲速引擎后，能創(chuàng)造出一種“曲速氣泡”，令空間扭曲，從而實(shí)現(xiàn)跨星際旅行。因?yàn)橐苿?dòng)由曲速氣泡帶動(dòng)，身處其中的宇宙飛船實(shí)際上并沒(méi)有做出超越光速的移動(dòng)，故不會(huì)違背廣義相對(duì)論“萬(wàn)事萬(wàn)物都不能超越光速”的理論，而且，也不會(huì)出現(xiàn)時(shí)間變慢等相對(duì)論效應(yīng)。戴維斯表示：“如果說(shuō)傳統(tǒng)的飛行方式就像在水中游泳，那么，阿庫(kù)別瑞驅(qū)動(dòng)就像是沖浪板帶著你在浪尖上沖浪一樣。”

　　2012年，NASA的物理學(xué)家哈羅德·懷特公布了一個(gè)堪稱驚天動(dòng)地的消息：他所領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)正在研制這種超光速引擎。懷特表示，一旦曲速宇宙飛船真正面世，只需兩周便能到達(dá)距離太陽(yáng)最近的恒星系南門二，南門二距離太陽(yáng)約4.37光年遠(yuǎn)。

　　但切莫高興得太早，實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)面臨著幾個(gè)問(wèn)題。首先，它將需要一種特殊的物質(zhì)，其擁有負(fù)質(zhì)量，可以讓時(shí)空壓縮或膨脹。戴維斯表示：“物理學(xué)原理并不禁止負(fù)質(zhì)量，但目前我們還尚未發(fā)現(xiàn)這樣的材料?！绷硗庖粋€(gè)問(wèn)題是，2012年，澳大利亞悉尼大學(xué)的研究人員發(fā)表文章指出，在進(jìn)行這樣的飛行時(shí)，“曲率氣泡”會(huì)不可避免地與宇宙中的其他物質(zhì)相互作用，從而聚集大量的高能粒子，有些粒子會(huì)“偷偷潛入”氣泡內(nèi)并對(duì)飛船產(chǎn)生致命輻射。

　　如此看來(lái)，因?yàn)樯飳W(xué)上與生俱來(lái)的脆弱性，我們是否會(huì)被永遠(yuǎn)地困在亞光速水平上？這個(gè)問(wèn)題的答案將不僅關(guān)乎能否創(chuàng)造新的飛行速度紀(jì)錄，也關(guān)乎人類這一物種能否進(jìn)行星際旅行。

　　但米爾斯仍對(duì)超光速飛行滿懷希望，他認(rèn)為，隨著人類研制出越來(lái)越先進(jìn)的抗加速度服以及微流星體防護(hù)技術(shù)，人類將能以前所未有的令人驚駭?shù)乃俣?，在浩渺的宇宙間遨游。他說(shuō)：“如果未來(lái)的物理學(xué)發(fā)現(xiàn)這種技術(shù)是可能的，那么，這種技術(shù)能讓我們以前所未有的速度飛行，也將讓我們研制出新的、令人難以置信的保護(hù)措施。”