嫦娥五號以脫離速度直奔月球,人類離超越光速還差一塊「肥皂」

萬眾矚目下，嫦娥五號飛船就要在3個小時後於海南文昌發射中心發射升空，離上個世紀60年代的阿波羅登月已經過去了五十年。

1969年7月16日，巨大的「土星 5號」運載火箭載著「阿波羅11號」飛船從美國甘迺迪角發射中心點火升空，開啟了人類首次登月的太空徵程。美國太空人尼爾·阿姆斯特朗、埃德溫·奧爾德林、麥可·科林斯駕駛著阿波羅11號宇宙飛船跨過38萬公裡的徵程，承載著全人類的夢想踏上了月球表面。

「阿波羅11號」在大約160千米的高度、以29000千米/小時的速度環繞地球飛行。大約在第二軌道的中途，射入超月球軌道的點火開始。這 是「土星」火箭助推器最後一次關鍵性的點火，火箭發動機的這次點火將使飛船達到逃逸速度——40200千米/小時一從而脫離地球軌道。

高中物理曾經普及過三種宇宙速度：

第一宇宙速度，也就是環繞速度。從力學的概念講為7.9公裡/秒。是太空飛行器繞地球周圍必須具備的發射速度，宇宙飛船必須達到7.9公裡/秒，才能繞地球轉動。第二宇宙速度，也叫脫離速度，最小為11.2公裡／秒。如果達到這個速度就可以脫離地球的引力，繞太陽進行環繞。第三宇宙速度，也叫逃逸速度，最小為16.7公裡/秒，如果達到這個速度，就可以擺脫太陽的引力束縛，飛向太陽系之外。本次發射的「嫦五」落月後，將在月球表面上採集大約2公斤重的月面土壤等樣本，然後封裝進陸器上升段，該段從月面點火升空進入月球軌道，並與軌道器和返回器的聯合體交會對接，將樣品轉移至返回器內，軌道器攜帶返回器點火飛向地球，以接近第二宇宙速度（約11.2公裡/秒）進入大氣層，太空飛行器進入大氣層後，依靠升力再次衝出大氣層，降低速度，然後再進入大氣層。

那麼50多年後，人類已知飛船能達到的最快速度是多少呢？

目前為止，世界上最快的宇宙飛船是美國「朱諾號」，2011年8月5日，朱諾號從佛羅裡達州的卡納維拉爾角空軍基地發射升空，在長途跋涉28億公裡之後，於2016年7月4日成功進入木星軌道。它在受到木星巨大引力後，速度達到了每小時26.5萬公裡，也就是每秒73.6公裡！這也使得「朱諾號」成為運行速度最快的宇宙飛船，從而打破了由「太陽神1號」於1976年4月17日創下的紀錄。即使是這麼快的速度，到達木星時，也用了5年。

左側為木星，右側為月亮

雖然每秒73.6公裡的速度聽起來已經非常之快，但是離人類已知的最快速度--光速（300000公裡/秒）還差的不止一星半點。對於漫長的星際旅行來說，即使是光速，在浩瀚無垠的宇宙中，也「慢的像蝸牛」。從太陽繫到銀河系中心，以光速前進需要2.6萬年的時間才能到達。從銀河系盤面的邊緣到達另一邊緣，光至少需要走10萬年的時間。

人類是否能夠超越光速？

我們先來說一個故事。

清早，公主醒來望著遠處的墓島，發現小島上站著一位巨人，那正是深水王子。正在觀望時，公主那滿是肥皂泡的木盆被海浪捲入了海水中，結果他們發現，這種泡泡竟然可以使饕餮魚懶洋洋地躺浮在海水中失去攻擊性。於是，他們利用香皂開路，終於登上了墓島。當他們走近深水王子才發現王子並不是巨人，原來他不符合透視原理。當他們兄妹相認後，一行人返回了王宮，冰沙與深水展開了爭奪王位的決鬥。由於看不清冰沙與深水的相對距離，冰沙王子完全處於劣勢。最終，深水王子殺死冰沙王子，奪回了王位。從此無故事王國重回安定，而露珠公主與長帆則用剩餘的香皂乘船離開無故事王國，去探索未知的世界。

這是科幻小說《三體》中，深水王子的故事。沒看過原著的朋友可能覺得這個故事不可理喻，莫名其妙。實際上這個故事充滿隱喻。

深水王子：不符合透視原理，隱喻不隨參考系變化的恆定量，光速；

香皂船的速度：需要世界上最快的馬才能追上，隱喻現實世界最快的速度，光速；

肥皂泡：隱喻曲率驅動技術，而且肥皂泡的形狀和飛船加速到光速時留下的航跡和肥皂泡相似；

很多人做過一個小實驗，把肥皂放在布滿油漬的水面，油漬會迅速散開，如果是一個輕薄的紙船，船尾部沾染肥皂後，放在布滿油漬的水面，油漬散開的同時，紙船也會快速行駛。同理把水面換成太空，如果有一種力量能使空間破開或者說摺疊，通過改變空間曲率把目的地拖過來，那麼這個肥皂就是曲率驅動技術。肥皂溶解於水，降低了後方的水面張力，小船則被前方較大的張力拉過去。曲率驅動與此相似，減少飛船後方的曲率，飛船便會被前方更大的空間拖動，而這種速度，能超越光速十倍以上。

1994年，墨西哥物理學家明戈·阿爾庫貝利（Miguel Alcubierre）首次提出了現實生活中曲率驅動的概念。如果把宇宙的整體想像為一張大膜，這張膜的表面是弧形的，整張膜甚至可能是一個封閉的肥皂泡。雖然膜的局部看似平面，但空間曲率還是無處不在。一艘處於太空中的飛船，如果能夠利用某種方式把它後面的一部分空間燙平，減小其曲率，那麼飛船就會被前方曲率更大的空間拉過去，這就是曲率驅動。

然後目前這種技術還處於理論狀態，想實現這種曲率驅動飛行將需要耗費極大的能量。推動曲率飛船需要相當於地球質量318倍的「負能量」，這是一種擁有特殊質量的物質，其質量與正常質量正負相反（1kg物質對應的暗物質質量為-1kg）。目前這種能量只在微觀世界被證明存在。

總而言之，以現在科學水平，因為找不到這塊「肥皂」，還無法研製出曲率驅動引擎。人類被困在光速的囚籠裡，即使離開太陽系也需要飛行一光年的距離。但是依靠牛頓的理論是無法飛出太陽系的，所以想要進行星際旅行，還是得依靠這種看起來不切實際的想法。

相信在未來的某一天，人類終將飛出銀河系，探索更廣闊的太空，升級為星際文明。