霍金生前的最后一个愿望：让核融合太空船把人类带到宇宙中的新家

霍金的大名几乎无人不知，近几年，他开始关注人类的星级迁徙——“我们拥有可以毁灭自己居住的星球的科技，却还没有发展出逃离它的能力”，他生前曾呼吁世界主要大国在2020年前派太空人到月球，重燃太空探索。他生前的愿望就是由光能或其他能源形式推进的核融合太空船，把人类带到宇宙中的新家。

去年11月5日，霍金透过屏幕“现身”腾讯WE大会，畅谈人类未来图景和星际探索。他给出了一个过渡性的选择：他与企业家尤里?米尔纳推出的“突破摄星”计划。这个计划的目标是让星际旅行变成现实。

“如果成功，在座各位有些人的有生之年内，我们将向太阳系最近的星系——半人马座阿尔法星系发送一个探测器。”

虽然面临一些严峻的挑战，但是霍金指出，目前来看，这有可能成为现实。

以木作舟，以水为海，15世纪到17世纪航行在世界各处海洋上的船舶促成了人类历史上第一个大航海时代的繁荣，从此地球不再是孤立的村落，人类文明提升了一个台阶；以光为帆，宇宙作海，霍金公布的“突破摄星”计划会成为人类第二个“大航海时代”的序幕吗?

爱因斯坦曾经幻想在宇宙中乘着一道光线飞驰，这个思想实验为他的狭义相对论奠定了基础，当人类想要在宇宙尺度中航行，飞行器速度必须与光速在同一量级。

“突破摄星”计划中最重要的是将航天器速度加速到光速的1/5，南京大学天文与空间科学学院副教授谢懿认为，从理论上来说这是可行的。早在1984年，美国休斯飞机公司研究实验室的物理学家罗伯特·福沃德就提出了激光帆的概念，同用阳光加速相比，激光束能量更大，不会像阳光那样随着距离的增加出现发散和减弱，且控制性更强，能够更好调节帆与太阳的角度。

接近光速并非只有太阳帆或激光帆这一种方法。上世纪70年代，英国星际学会就提出过代达罗斯计划，通过核聚变火箭推动产生的动力，航天器能以12%的光速飞行。2012年，这一计划经美国总统支持得以延续，新项目名为“百年星舰计划”，将用100年时间开发出成熟的长距离载人宇宙方案。

2016年3月，两名物理学家杰拉德·杰克逊和史蒂芬·霍维试图就反物质推进系统说服美国宇航局等机构共同研究，当反物质原子和通常物质的原子碰撞时，两种原子会湮灭并释放出巨大的能量，在这两位科学家的设想中，只要17克的反物质就可以把飞船加速到光速的1/10。他们正在美国最大的众筹网站上筹集资金。

如果“突破摄星”计划能按预期的进度实现，那么我们将用20年时间等待它们完成前往半人马座的阿尔法星系，再用4年时间等待它将数据发回地球。那时有能力登上群星的人类，看着徐徐开启的新的大航海时代，一定会向今天下决心走出这一步的先驱致敬。

以下为演讲全文：

你好，北京！我是史蒂芬·霍金。

我今天的演讲，是关于在宇宙这一背景下，地球和人类所扮演的角色。为了最好地阐述，我需要从两个维度出发，一是思考人类的未来，二是研究我们探索太空、寻求其他潜在宜居星球的选择。我今天的目的，是问大家两个问题。首先，我们需要做什么才能够确保，在力所能及的范围内，人类的未来达到尽可能完美？其次，我们为什么要考虑探索其他宜居星球？

一个原因是，对我们来说，地球变得太小了。在过去二百年中，人口增长率是指数级的，即每年人口以相同比例增长。目前这一数值约为1.9%。 这听起来可能不是很多，但它意味着，每四十年世界人口就会翻一番。 2022年，我将庆祝自己80岁的生日，而在我人生的这段历程中，世界人口比我出生时膨胀了四倍。

这样的指数增长不能持续到下个千年。 到2600年，世界将拥挤得 “摩肩擦踵”，电力消耗将让地球变成“炽热”的火球。这是岌岌可危的。然而我是个乐观主义者，我相信我们可以避免这样的世界末日，而最好的方法就是移民到太空，探索人类在其他星球上生活的可能。

但是理由充分吗？难道留在地球上不是更好？ 在某种程度上，今天的情况就如同1492年前的欧洲。当时的人们很可能坚信，哥伦布的探险注定是徒劳无功。 然而，新世界的发现，对旧世界带来了深远的影响。对于那些被剥夺权利地位、走投无路的人来说，新世界成为了他们的乌托邦。人类向太空的拓展，甚至将会产生更深远的影响，这将彻底改变人类的未来，甚至会决定我们是否还有未来。它不会解决地球上任何迫在眉睫的问题，但它将提供解决这些问题的全新视角，让我们着眼于更广的空间，而不是拘泥眼下。希望这能够让我们团结起来，面对共同的挑战。

当我们进入太空时，会有怎样的发现呢？会找到外星生命，还是发现我们终将在宇宙中踽踽独行？我们相信，生命在地球上是自然而生的，是在漫长的进化后，实现了与地球资源的高度契合。因此，在其他条件适宜的星球上，生命的存在也必定是可能的。即使这种可能性极小，但宇宙是无限的，我们还是可以假设，生命会在某处出现。不过，如果概率很低，那么出现生命的两个星球间的距离，可能将异常遥远。

人类星际航行的起步将从纳米飞行器开始?　这个听上去颇为疯狂的计划，其实技术原型今天就已存在，但要能够将“光帆舰队”送到4光年外，并接收到它传回的图像和大量信息，科学家还要挑战无数技术极限。

“星芯片”:有待原子、量子级别元器件突破

半人马座阿尔法星是一个三合星，它的第三颗星就是人们熟知的比邻星———离太阳最近的恒星。旅行者1号的速度是每小时6.4万公里，这样飞去比邻星，需要好几万年。可将航天器加速到光速的20%，所需消耗的能量非常巨大，比较可行的办法就是让飞行器变小。因此，“突破摄星”计划研发纳米飞行器，其核心是质量为克级的“星芯片”。

据介绍，这种芯片可以携带摄影机、光子推进装置、动力系统、导航和通讯设备。这可能吗?　上海微小卫星工程中心国家千人计划特聘专家吴树范教授说，这的确很超前，目前的技术还达不到，不过再过一二十年，还是有可能做到的。几年前，英国萨瑞小卫星公司就在探索研制“名片卫星”，即只有名片大小的卫星。“如今已经进入商用阶段的‘立方星，，就是十几年前提出的概念。”他说，当时谁也想不到这种只有半个餐巾纸盒大小的卫星能上天承担任务。

“星芯片”的实现，或许有待原子、量子级别元器件的突破。吴树范说，比较可行的办法是先让一个芯片实现一种功能，让飞行器组成一个相互支援的“舰队”，此后再发展集多种功能于一身的“星芯片”。

此外，星际航行的另一个挑战是各种宇宙射线———航天器个头那么小，如何给它穿上防护“外衣”，使它能在太空中航行20年，也是需要科学家解决的难题。

“光帆”加速:期待建设太空太阳能电站

加速到光速的20%，即使飞行器只有几克重，所需的能量也相当于现在送一架航天飞机上天。“突破摄星”计划设想让每个纳米航天器都带上一面几米见方、只有几百个原子厚的“光帆”。

“光帆”技术并不新鲜，2004年日本就曾发射过太阳帆，在真空状态的太空中，太阳光压所产生的微小推力也能使航天器不断加速前进。不过，一旦远离太阳，加速就无法继续。所以，米尔纳考虑用能量巨大的激光器来为“光帆”加速，激光合计功率将超过1000亿瓦。

可问题又来了。这巨大的激光器建在地面，那为“光帆”加速时，就要考虑激光穿越大气层的损耗衰竭，功率至少衰减50%。如果能将激光器放到太空去，就能避免这一损耗，不过在太空中如何为激光器提供巨大能量呢?上海市宇航学会副秘书长赵金才说，这需要建设一个兆瓦级的太空太阳能电站。依照现在的技术发展趋势，再过几十年，人类还是有可能做到的。

深空光通信:信息将通过单光子传回地球

与20年飞到比邻星相比，更令人觉得脑洞大开的，是“光帆舰队”准备在4光年外拍摄照片、传回图像———这涉及一个全新的领域，深空光通信。

航天传统使用的是微波通信，如果人类到达火星，这种通讯方式就已经捉襟见肘。2013年，美国率先发射一颗绕月卫星，实现了对地直接激光通信。中科院上海微系统所尤立星研究员说，从月亮到地球，可实现直接光通信速率超过600兆，是传统微波通信速率的50倍以上;而且通信模块尺寸与能耗都大幅减小。激光通信将是未来深空通信技术的发展方向。

然而，当距离拉开到4光年，飞行器发出的信号再强，到达地球时也已十分微弱。“我们接收下的信号，可能都是单个的光子。”尤立星说，现在单光子探测器已经诞生，可接收4光年外的信号，还会有很多难题需要突破，“从月球上传信息到地球，不用再通过卫星中继转发，人类也才刚做到，而这只有区区38万公里。”

文：报记者许琦敏 沈湫莎

*独家稿件，转载请注明出处。