第四類:種子飛船
將冷凍或列印的遺傳資料與高度自動化的休眠飛船相結合,就產生了我們的下一種選擇 —— 種子飛船。這類飛船被視為一種解決方案,適用於當你不想為每次旅行消耗大量質量和燃料的情況。你傳送一艘非常小的飛船,飛船上配備高度自動化的裝置,能夠通過 3D 列印等技術複製機械,並且能夠在目的地自動進行地球化改造,包括種植植物、飼養動物,甚至培育人類。傳統上,人們通常會在世代飛船或休眠飛船出發前先傳送一艘種子飛船,這樣當人類到達時,那顆行星已經在一定程度上做好了準備 —— 因為種子飛船可以飛得更快。但如果我們擁有足夠先進的人工子宮、自動化育兒和教學程式,我們就可以在目的地直接培育殖民者。想到孩子們從冷凍或列印的遺傳物質中在培養艙裡出生,並由機器撫養長大,一開始可能會讓人感到不安,但我們實際上並冇有理由認為這一定會導致徹底的失敗,或者培養出一群適應不良、反社會的瘋子 —— 這完全取決於你的人工智慧有多先進。如果人工智慧的智慧水平與人類相當,那麼它很可能能夠撫養出完全正常、健康的孩子。冇有理由認為它不能模擬正常的人類情感,甚至這些情感可能根本就不是 「模擬」 的。不過,這種選擇對很多人來說並不具有吸引力,部分原因是如果你的人工智慧和自動化技術已經達到瞭如此高的水平,那麼有些人就會質疑:你為什麼還要傳送人類(或者說,為什麼還要傳送**形態的人類)呢?
第五類:資料飛船
這基本上是一種非常小的飛船,上麵搭載著巨大的資料包,到達目的地後,這些資料包會利用當地的材料進行 「解壓」—— 包括解壓出人類。通常人們認為,我們可以將人類的意識以數字形式儲存起來,然後將其上傳到在目的地克隆或製造的賽博格身體中。這類飛船可能會非常小、速度非常快 —— 理論上,一個蘇打水瓶大小的裝置就可以儲存數十億人的意識。這類飛船通常也被視為種子飛船或休眠飛船的一種形式。需要說明的是,如果人類的意識已經完全數位化,那麼一旦接收器到達目的地,我們就可以通過傳送資料的方式實現光速旅行。不用說,這個概念在意識上傳和 「奇點」 的支援者中非常受歡迎,但對於不認同這些概唸的人來說,就不是那麼有吸引力了。
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以上就是這五類飛船,隻要你擁有合適的技術來執行它們,它們都能夠完成星際旅行的任務。目前,我們已經擁有建造核動力飛船和執行世代方舟飛船的技術 —— 不過,實際建造這樣一艘飛船的成本目前還超出了我們的承受範圍,而且殖民另一顆行星也同樣如此。殖民是最關鍵的部分,但在深入探討這個話題之前,我們先來簡要概述一些其他的推進係統,我們會在未來更詳細地討論它們。我設想過一種聚變推進器(或聚變火炬飛船)—— 它們本質上是核動力飛船,速度可以更快,能夠攜帶更多的貨物,而且不需要消耗我們大量的裂變材料(如鈾)來發射一艘飛船。不過,它們的燃料供應仍然有限,而且你需要消耗大量燃料 —— 不僅是為了加速,也是為了減速。你可能聽說過這類推進係統的一個變種,叫做 「巴薩德衝壓發動機」,它通過吸收太空中漂浮的氣體作為燃料或推進劑,從而解決了燃料問題 —— 這也是科幻經典《τ- 零》的核心主題。不幸的是,這種推進器似乎並不可行,因為吸收這些物質所損失的速度和能量可能會超過其產生的能量,但我們還冇有完全排除這種可能性。目前,它仍然被視為一種最有可能實現無需燃料補給、並能加速到接近光速(或至少是光速的一部分)的推進方式 —— 在這種速度下,你可能不需要擔心船員如何度過旅行時間,因為狹義相對論會顯著縮短旅行的主觀時間。不過,正如之前提到的,它似乎傾向於消耗比產生更多的能量,從而實際上會減慢飛船的速度,而不是加速。但即便如此,它仍然是有用的 —— 飛船不僅需要燃料來加速,還需要燃料來減速。我之前說過加速和減速需要相同數量的燃料,但實際上加速需要更多的燃料,因為你加速的物件還包括減速所需的燃料。如果你能夠使用巴薩德衝壓發動機或類似的裝置來減速,那麼你不僅可以節省減速所需的燃料,還可以節省原本用於儲存這些減速燃料的貨物空間 —— 因為你可以利用並非從地球帶來的燃料進行減速。當然,還有其他一些方法可能也能實現這一點,我們會在以後討論。不過,巴薩德衝壓發動機並不是唯一一種不需要藉助新科學就能實現近光速旅行的方法。另一種方法是使用反物質代替傳統的核聚變。利用反物質,你可以實現質量到能量的完全轉換 —— 這就是愛因斯坦的質能方程 E=mc² 所描述的過程,這讓你能夠達到更高的速度。「瓦爾基裡計劃」 就是為反物質動力飛船設計的,這種飛船能夠達到相當高比例的光速。當然,我們麵臨一個巨大的問題:我們無法大量製造反物質 —— 我們製造反物質所消耗的能量是反物質本身所蘊含能量的數百萬倍,而且我們目前隻有一些關於如何安全儲存大量反物質的基本想法。與此類似的還有黑洞動力飛船,實際上它並不如反物質動力飛船那麼高效,但也是一個非常有趣的想法,我們會在以後討論。簡單來說,這種飛船利用一些正在蒸發並釋放霍金輻射的人造黑洞作為推進劑,利用這種輻射來推動飛船前進。另一類推進係統則不需要攜帶燃料(或隻需要攜帶少量用於維持生命支援係統和進行一些機動操作的燃料)。推動物體前進的方式不僅僅是火箭,也不僅僅是通過核彈爆炸從後方推動。如果你見過日光風車(或庫克輻射計),你就會明白其中的原理:在真空中放置一個風扇,風扇的一麵塗成白色,另一麵塗成黑色,當光線照射到白色表麵時會被反射,照射到黑色表麵時會被吸收,風扇就會像水車一樣轉動。光具有動量,當光被某個物體吸收時,它會將動量傳遞給該物體;當光被反射時,它傳遞的動量會更大。雖然這種動量非常小,但這就是光帆(也稱為光子帆,更常見的名稱是太陽帆)的基本原理。太陽帆並不太適合星際旅行,因為你離太陽越遠,太陽的推力就越弱。而像石墨烯這樣的新材料 —— 可以被製造得非常薄,堆疊十億層後,你的腳纔會開始懸空 —— 使得太陽帆比黃金或鋁等材料更具吸引力,因為黃金或鋁無法被製造得如此之薄,同時還能保持有效性和結構完整性。但即便如此,在太陽推力減弱與穿越太空氣體(太空並非絕對真空)所產生的阻力達到平衡之前,你隻能加速到一定的速度 —— 這與物體在地球上下落的原理相同,就像降落傘一樣,太陽帆會讓你在一個低得多的速度下達到終端速度,然後你就必須收起帆 —— 不過,當你接近目的地時,你可以再次展開帆來減速。此外,由於你的帆隻有十億分之一米厚,但麵積卻有數百萬平方米,在穿越太空時會撞上很多小物體,所以你還需要在途中修復受損的部分。不過,還有一種替代方案:你可以用雷射或微波來照射帆。這讓你可以將能量集中在一個更小的目標上,從而不需要那麼大的帆,而且雷射束不會像太陽光那樣隨著距離的增加而按平方反比減弱。當然,除非在目的地也有一個雷射發射器,否則你無法減速 —— 但正如我之前提到的,我們有一些減速的技巧,而且即使你必須攜帶全部減速燃料,這也比同時攜帶加速和減速所需的燃料要好得多。因此,光帆或雷射帆是非常有前景的。不過,這種推進係統也有缺點:雖然我們可以非常準確地預測一艘在近真空中飛行的飛船的位置,但太空並非絕對真空,所以我們無法做到完全準確的預測。而且,飛船離我們越遠,我們需要等待訊號反饋來確認它最後的位置的時間就越長,預測的不準確性也就會越大。此外,你的雷射束也會逐漸擴散 —— 因為雷射束並不是完美的圓柱體,而且它們還會與太空中的物質相互作用,導致能量減弱。因此,隨著距離的增加,你需要製造越來越大的帆才能準確地瞄準雷射束 —— 最理想的情況是,帆的大小需要與距離發射器的距離成正比,距離翻倍,帆的大小也翻倍,而這已經是非常樂觀的估計了。如果你難以想像這與傳統的風帆有什麼不同,可以想像一下:一個人戴著棒球手套,穿著冰鞋站在一片長長的光滑冰麵上,你不斷地向他扔棒球,他每次接住棒球都會加速。最終,他會離你太遠,無法再接住你的球。不過,他也可以通過將球反彈回你的手套來獲得更大的加速度,而且他還可以通過將球反彈到略微不同的方向來改變前進方向 —— 這一原理同樣適用於光子,就像適用於棒球一樣。實際上,要達到極高的速度,解決這個問題的唯一方法可能是沿途設定一係列雷射發射站,每個發射站都能在之前的雷射射程結束時接手 —— 就像那個在冰麵上滑行的人,當他超出第一個投手的射程時,第二個投手開始向他投球,然後是第三個、第四個,依此類推。如果這條線路足夠長,遠處的投手還可以在他接近時向他投球,從而幫助他減速,而不是在他離開時投球。星際空間中佈滿了小行星、彗星,以及一些不算小的岩石和彗星 —— 它們的密度雖然遠不如太陽係內的物質,但也並非完全冇有。你可以在前往另一顆恆星的途中設定大量的推進站 —— 無論是自動化的還是有人居住的 —— 基本上就是在太空中為自己建造一條長長的高速公路,這樣你就可以將飛船以極高的相對論速度(有可能)推送出去。你可以像修建鐵路一樣,一步步向外擴充套件。如果我們有一種無需消耗燃料的減速方法,比如巴薩德衝壓發動機或磁帆,那麼這會變得更加容易。但至少,如果你不需要攜帶加速所需的燃料,那麼攜帶減速燃料會變得更加容易 —— 一旦你第一次到達目標,你就可以在整個路線上建造推進站,之後除了一些機動操作所需的燃料外,你不需要再攜帶任何燃料。這可能比乘坐核動力飛船進行單次單程旅行需要更多的努力和時間,但一旦建成,你就可以在兩個恆星係統之間更快、更便宜地運輸更多的物資。這一點非常重要,因為當我們進入這次的實際殖民部分討論時,你會發現,雖然所有這些方法都可以讓我們殖民行星,但如果我們試圖通過這些方法來解決人口過剩問題,那麼它們都不是一種合理的移民方式。