讲完了时间旅行,我们该来说说同星际殖民有关的话题了。在《银河英雄传说》中,自由行星同盟的国父海尼森远征两万光年,去寻找适合人类居住的外星球。那么真正的星际旅行可能吗?会遇到什么样的事情?如果我们真的能在几十甚至几百光年(几万光年我是不敢想的)的范围内建立第二个、第三个地球,我们这些星际殖民者的日常生活和时空观念在相对论的理论下又该是一个怎样的情景呢?这类题材的科幻小说也不少,包括著名的《银河英雄传说》,但是小说中的很多事情都是不可能真实发生的,真实的世界可能会令人非常沮丧。让我们先从一堂令人沮丧的算术课开始这个话题吧。
那么我们再来看看在星际殖民时代的约会又会有哪些特点呢?你和你的朋友都在地球上,有一天你们心血来潮相约要到奥丁去见面,比如说你们约定在一年后的今天见面,然后分手各自准备行程去了。我提醒你们注意,你们千万不要以自己的手表为准,哪怕你们分手的时候对表对得再精确也没用。你们必须非常精确地算准你们的时空坐标,特别要注意时空运动速度恒定这条铁律,各自小心翼翼地算好自己的空间运动速度会如何影响时间运动速度,否则将要发生的可就完全不是一个人早到一会儿等着另外一个人飞过来,而是很可能发生这种情形:先到的一个人苦苦等待一生之后,老得牙齿都快掉光了才终于见到了活蹦乱跳的另外一个人。
你心里想着可能需要反算一下,也就是我们先设定多少年能飞到的心理预期,然后再反推要达到的速度。经过一番挣扎,你可能会想,好吧,不管怎样,让我在到达目的地后,能让我的亲人在有生之年知道我活着到达就可以了。但是我将非常遗憾地告诉你,不管我们怎么努力,哪怕我们的星际飞行速度能无限接近光速,你的这个朴素的愿望还是无法实现,你的亲人也不可能在有生之年得到你的消息。理由很简单,假设50光年外的那颗星球叫作“奥丁”(《银河英雄传说》中银河帝国的首都星),你首先至少要用50年的时间飞到奥丁,到达以后你往回发一个电报,这个电报也需要50年的时间到达地球,你在地球上的亲人从你出发那天起最少最少也要等100年才能等到你这个报平安的电报。
假想一下你在星际飞船上看着时间飞快地跳动,一年一年就在你眼前像走马灯一样流逝,你会产生一种什么样的感觉呢?最要命的是,这些走马灯般流逝的时间并不是幻觉,而是实实在在地发生在地球和奥丁星上的时间流逝。地奥联邦政府还有一条不得不颁布的法令,那就是所有的星际飞船上的时间频率调快的行为都必须全部详细记录在案,调快频率后流逝的时间不能算作年龄的增长。如果不颁布这条法令,那么这个世界的伦理就要彻底混乱了,人们再也搞不清楚谁比谁年龄大了。
因此,在星际殖民时代,必须建立宇宙历、宇宙标准时和统一的时空坐标参照系。好在咱们的银河系有一个好处,那就是所有的恒星基本处在相对静止的状态。我们地球和奥丁星之间的相对运动速度应该是很小的,并且我们不妨假设人在奥丁星和在地球上所受到的引力大小基本相当。这个应当好理解,人类不会习惯在一个能使自己体重突然增加好几倍或者轻好几倍的地方长期生活,总还是要在一个能基本适应的范围内,而这个引力大小对于时空弯曲程度来说是可以忽略不计的。
同学们,如果我们要到太阳系以外的地方去殖民,首先我们至少要飞往一个恒星系,只有在恒星的附近才有可能出现适宜人类居住的星球,恒星就是那颗星球的太阳,给它温暖和能量,如果没有恒星,那么在黑漆漆的宇宙中我们肯定是会被冻死的。让我们仰观苍穹,看看满天的星星离地球有多远吧。天文学家早就发现,离地球最近的一颗恒星叫作比邻星(半人马座α星C),距离我们的时空距离是4.3光年。所谓光年就是光跑一年走过的距离。光年这个单位,在你小的时候,看到后可能会认为是一个时间单位,长大后懂的多一点了,才知道是个距离单位。现在当你有了时空的概念以后,会发现光年这个单位其实是时空单位。在宇宙空间中,因为时空的不平坦性,其实你是没法用千米去定义距离的,在宇宙中只能用光年来定义时空距离,你可以把它看成是距离单位,你把它看成是时间单位也问题不大,时间空间已经成为一个整体,不分你我。总之,即使是离我们最近的恒星听上去也是离我们非常遥远的,光都要走4.3年嘛。同学们,现在我们来做一些简单的数学计算,看看这颗比邻星离我们到底有多远。以人类目前掌握的技术而言,最快最快的宇宙飞船能飞得多快呢?即使是按照最乐观的估计,大概也只能达到光速的万分之一。来,算算看,它飞到比邻星得多少年?没错,是4.3万年。有没有搞错?!你惊呼一声,我以为人类的宇宙飞船已经够快了,没想到那么慢啊。抱歉,我这还是给足了人类面子了,阿波罗登月飞船飞到月球差不多用了四天时间,我已经让人类最快的宇宙飞船飞到月球的时间减少到三小时了。而且,我这还是忽略了加速和减速的时间(这大概还要耗掉两百年呢)。看来,以人类目前的技术实力,飞往比邻星是没戏了,4.3万年,不用说人类的寿命问题,就算你能在飞船上生儿育女一代代地延续,也没有任何机器设备能工作那么久的时间,金属也会疲劳。
所以,如果真到了那个在奥丁星殖民的时代,地奥联邦政府可能会同意我的建议,把地球和奥丁星看成是一个大的参考系,这个参考系跨越了50光年的时空,在这个50光年的范围内建立时空坐标。以新的宇宙历法规则通过的那天零时为银河纪年元年,仍以一个地球日和一个地球年作为标准宇宙历法的标准日和标准年,在银河纪元元年的零时零分启动一只精心调快过的原子钟,然后把这只原子钟放上星际飞船,以接近光速的速度带到奥丁星,到达以后再把原子钟的频率调成跟在地球上一样。于是我们会看到,在奥丁星上的宇宙历生效的那个时刻,原子钟显示的可能已经是:银河纪年50年2月21日9时13分10秒。因此,奥丁星上的宇宙标准历和标准时的时间是直接从50年后开始的,而不是像地球一样从元年开始,当然,奥丁星上的人必然还要根据自己星球的自转和公转日期(奥丁星不一定有卫星,所以可能没有月份的概念)制定自己的地方时,以便生活。
好了,关于时间旅行的话题我们就聊到这里。这个话题其实蛮有趣的,我建议你把我前面说的那些好好地看上三五遍,然后记下来,和朋友喝茶吃饭聊天的时候用自己的语言复述一遍,保证能让你大放异彩。本人就是经常这样放放异彩的,结局往往是话讲完了,菜也被别人吃完了。
在星际旅行时代,两个人的年龄再也无法处于一种稳定的状态了。拿《银河英雄传说》里面的故事来说,情节会变成这样:米达麦亚和罗严塔尔奉命去星际空间打击海盗,这两人指挥着各自的战舰出发了。由于战事激烈,他们在广袤的太空中作战,经常要变换自己飞船的速度,而且偶尔能刚好在太空中会合一下,互相见见面。于是在这些日子里,他们会对每次见面相隔的时间产生完全截然不同的意见,米达麦亚觉得隔了好几个月才遇上罗严塔尔,而罗严塔尔却说我们昨天才刚刚见过面呀。下一次见面的时候,米达麦亚觉得也就过了不到一个礼拜,但是罗严塔尔却坚持声称至少已过去了三个月。这哥俩每见一次面就争吵一次。他们都得特别小心地控制自己飞船速度,万一速度太快了,等他们回到奥丁的时候,他们的司令官莱因哈特就已经过世很多年了。
【图7-11】地球上的人和星际飞船上的你在时空中运动
看来必须要提升飞船的速度。那么你们觉得至少要达到什么速度才有可能进行星际殖民呢?掐指一算,可能得出的结果是最低速度怎么着也得达到光速的十分之一,也就是0.1c吧,这样我们飞到最近的比邻星就只需要43年了。我们且不谈把速度从光速的万分之一提到光速的十分之一技术难度有多高,因为今天只是一堂算术课。听起来貌似靠谱,从地球出发,算上加速减速的时间,飞50年到达目的地,到了以后发个电报回来告知情况,地球用四年多收到电报。这样的话,如果我有幸30岁的时候能到NASA(美国国家航空航天局)参与这个伟大的比邻星探索计划,那么当我84岁的时候就有望听到从比邻星那边传回来的消息。总算马马虎虎还能接受,在我有生之年还是有希望知道实验结果的。
沿着上面这个思路,我们可以得出一个推论:如果地球和奥丁的时空距离是50光年的话,那么就意味着它们的时间距离至少为50年,也就是说,这两颗星球的人想要发生任何相互接触,不管是通讯还是旅行,总之,这个50年是不可逾越的。我们现在假设你供职于地球上的一家公司,公司派你去奥丁的分公司出差,你坐上星际飞船到达奥丁,办了几天公事再回到地球的时候,尽管你自己觉得只用了几个月甚至更短的时间,但是地球已经过去了一百多年,你的老板早就过世了,你供职的这家公司是否还存在也很难说了。因此,在星际殖民时代,恐怕不会发生派人去别的星球出差办点事再回来这种事情,虽然这样的情节在星际殖民题材的科幻小说中比比皆是(比如电影《阿凡达》)。
但是,如果我们的飞船速度能在很短的时间内加速到无限接近光速(虽然这在今天在技术上还是无法想象的,甚至连理论上的可能都没有),对于星际旅行者的你来说,情况却要乐观得多,50光年的距离对你来说就像是在地球上做了一次长途旅行而已。根据时空中运动速度恒定的原理,你在空间中的运动速度会分走你在时间中运动的速度,换句话说,你飞得越快,你的时间流逝得越慢。假设你以0.9999c的速度飞向50光年外的奥丁星的话,你自己感觉仅仅用81天就抵达了,而你在地球上的亲人则已经老了50岁,我们用下面的时空运动图来表现这个概念:
所以,奥丁星上的手表一般都必须显示两个时间,一个是标准宇宙历的时间,一个是奥丁历的时间。这些手表还得有一个特殊功能,那就是登上星际飞船后,可以根据星际飞船的飞行速度调节手表的频率,飞得越快,表的频率就得跟着调得越高。
以上这些就是最粗略的星际殖民时代的时间观念。对于那些要登上星际飞船的人来说,他们必须要做好十足的心理准备,因为登上飞船的那个时刻就是他们真正告别过去、奔向未来的时刻。星际飞船是一艘真正的时间机器,只不过这部时间机器只能把人带向未来而无法返回过去。一旦登上了星际飞船,那么过去的一切就将过去,对于过去的一切亲朋好友来说,你死了,而对你自己来说,亲朋好友们死了,因为你们此生再也不可能相见了。当亲朋好友们向你挥手道别,看着你登上星际飞船的景象,那就跟看着你走入棺材是一模一样的心情。各位亲爱的读者,我很想知道,此时此刻的你对于星际殖民时代是感到兴奋呢,还是沮丧呢?过去曾经看到过的很多此类题材的科幻小说和科幻电影,是不是都有一点点变味了呢?
这确实是一堂令人沮丧的算术课。看来,要想星际移民,你出发的那天就是和你所有亲人永别的一天;对你的亲人来说,你不但是一去不复返,而且这一去就是杳无音信,他们等待一生也得不到你平安抵达的消息。
但是,同学们啊,千万别忘了,我们说的只是离地球最近的比邻星,我们的目的可是要寻找适合人类居住的星球,并不只为了到别的恒星系中看看风景。遗憾的是,比邻星系很可能找不到任何行星,去了也是白去。按照现在天文学家的估计,我们距离最近的宜居行星,大概至少有50光年的距离。这也就意味着,我们即便达到了0.1c的速度,飞过去至少也要花500年的时间。并且随着最大速度的增加,加速减速需要消耗的时间也会迅速上升,要达到0.1c的速度,加速减速所需要的时间可能要占到总飞行时间的一半。显然,人类不可能到来回飞一趟要1000年的地方去拓展殖民地的,就好像你不能指望原始人靠游泳从欧洲去美洲新大陆拓展殖民地一样。这个速度还是不够,还得提升。那你觉得,以50光年考量的话,我们的速度至少要达到多少,才有可能进行星际殖民呢?
在这张图中,大家都以奥丁星为参照物,地球上的人在时间中运动得很快(接近光速),但是在空间中运动得很慢;而星际飞船上的你则恰恰相反,你在时间中运动得很慢,但是在空间中运动得飞快(接近光速)。所以,以你自己的感觉,你没有用多少时间就从地球飞过来了,但与此同时,地球上的时间却在飞速流逝。